DE102007038299A1

DE102007038299A1 - PLV-Triebwerk

Info

Publication number: DE102007038299A1
Application number: DE102007038299A
Authority: DE
Inventors: Heinz V Wenz
Original assignee: Wenz Heinz V Prof
Current assignee: Wenz Heinz V Prof
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2009-05-14

Abstract

Erster unabhängiger Patentanspruch
1. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Längen-Variator.

PLV-Triebwerk bestehend aus einem klassischen Kurbeltrieb mit Pleuel-Stange und Kurbelwelle, ist dadurch gekennzeichnet, dass die klassische Pleuel-Stangenlänge durch einen Pleuel-Längen-Variator mit vollvariabler Richtungs- und Längen-Variation mittels eines Armes A – ohne Veränderung der Kolbenbolzen-Position (KB) mit Kolbenboden in OT-Stellung auf der Zylinderachse – verlängert wird, so dass die Pleuel-Stangenkraft (F_ST) vom oberen Totpunkt (OT)
a) bei einem PLV-Kurbeltrieb zum Tangentenpunkt TP, und
b) bei einem PLV-Motor zum verlagerten oberen Totpunkt (OT') auf dem Kurbelkreis, in die Nähe vor dem Tangentenpunkt (TP) „Pleuel-Stange mit Kurbelkreis", gelegt wird.
Dadurch wird die ursprüngliche Tangentialkraft Fr bei OT am Tangentenpunkt (TP) zu F_Tmax', womit ein erheblich größeres Drehmoment auskoppelbar wird.
Statt OT' wird auch ein Punkt vor OT' = OT'' bzw. nach OT' = OT''', je nach Prozessanforderung, gewählt.
Analog wird dieses vorgenannte PLV-Verlagerungs-Prinzip bei den Kompressions-Prizipien...

Description

I. Beschreibung der Erfindung
1. Technisches Gebiet auf das sich die Erfindung bezieht
Die Erfindung des PLV-Triebwerks bezieht sich auf 4-/8-Takt-Hubkolben-Motoren, Hubkolben-Kompressoren, Hubkolben-Pumpen, Hubkolben-Feldkraftmaschinen und Kurbeltriebe, alle zur effizienten Wandlung von Kraft in ein Drehmoment und umgekehrt.
Die Erfindung enthält 7 Gruppen von Erfindungen, die untereinander verbunden sind, so dass sie eine allgemeine erfinderische Idee verwirklichen.

1. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Längen-Variator (PLV). Thema: Verlagerung der Pleuel-Stangenkraft FST von OT nach OT'
2. PLV-Triebwerk bestehend aus einem thermodynamischen Kreisprozess. Thema: Verlagerung des thermodynamischen Kreisprozesses von OT nach OT' etc.
3. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Umlaufgetriebe. Thema: Pleuel-Längen-Variator Bewegung bei KW-Umlauf. Verlängerung/Verkürzung der klassischen Pleuel-Stange durch einen Planeten-Arm mit dessen Richtungs-Variation.
4. PLV-Triebwerk bestehend aus einer Exzentersteuerung. Thema: Steuerung der Planeten-Arm-Länge (Längen-Variation) mit einem kleinen Exzentertriebwerk zur Anpassung an den Prozess (Kollisionsvermeidung, Kompression bei TP, variabler Hub).
5. PKLV-Triebwerk aus einem exzentrisch verlagerten Pleuel-Lager-Zapfen Thema: Automatische Verlängerung/Verkürzung der Planetenarmlänge A ohne Kollision des K bei OT, ohne Überschreitung der Pleuelanlegepunkt-Bahn und ohne Kollision mit der KW.
6. PLV-Triebwerk bestehend aus einem kinematischen Pleuel-Längen-Variator Thema: Direkte Verlängerung/Verkürzung durch verschiedene mögliche Steuerungen.
7. PLV-Triebwerk bestehend aus Energie-Wandler-Systemen. Thema: Anwendung des PLV-Triebwerks in 4-/8-Takt-Hubkolben-Motoren, Hubkolben-Kompressoren, Hubkolben-Pumpen, Hubkolben-Feldkraftmaschinen und PLV-Kurbeltrieben, alle zur effizienten Wandlung von Kraft in Drehmoment und umgekehrt. Herstellungsmöglichkeiten.

2. Die Erfindung: Das PLV-Triebwerk
Anwendung eines neuartigen Kurbeltrieb-Konzeptes, d. h. eines neuartigen Triebwerkes, als ein Kurbelwellen-Systems mit einer Kurbelwelle (KW), einer Variatorwelle (VW = 2ter Kurbeltrieb) mit explizitem Planeten-Arm A (Steg), oder einer verlagerten Exzenterwelle mit implizitem Planeten-Arm A (Steg) und einem Umlaufgetriebe U₁ (Quasi-Planetengetriebe). Bei Expansion erfolgt die Verlagerung des maximalen Verbrennungsdrucks p_max und der Stangenkraft F_St zum Tangentenpunkt (TP) Pleuel-Kurbelradius – bei konstanter Kolbenposition in OT – so wird ein wesentlich höheres Drehmoment auskoppelbar.
Bei der Variatorwelle kommt eine dynamische Differenz-Steuerung für Zeit und Hub des Kolbens durch die Quasi-Planetengetriebe U₁ (Richtung von A) und U₂ (Länge von A) hinzu, erfindungsgemäß als Pleuellängen-Variator (PVL) definiert.
Bei der Exzenterlösung genügt zur Hubvariation und Richtungsvariation des impliziten Planetenarms A ein Qualsi-Planeten-Getriebe.
Diese Erfindung ist anwendbar bei Hubkolben-Verbrennungs-Maschinen, Hubkolben-Kompressoren, Hubkolben- Pumpen und anderen PLV-Kurbelwellen-Systemen sowie bei der Feldkraftmaschine.
Auch die Kompression/Verdichtung wird in neuartiger Weise durch die Richtung von A gesteuert.
Das PLV-Triebwerk lässt sich als neuartiger PLV-Kurbeltrieb und als neuartiger PLV-Motor anwenden.
3. Einschlägiger Stand der Technik:
Klassische Hubkolben-Maschinen
Klassische Hubkolben-Motoren arbeiten mit einem Arbeitsverfahren von 4 bzw. 2 Takten: Ansaugen – Verdichten – Verbrennen – Ausstoßen. Hierbei werden seit Beginn der Motoren-Entwicklung im klassischen Hubkolben-Motor keine neuartigen kinematischen Prinzipien angewendet (außer Kreiskolben-Motor und zwischen 1920–1930 kurbelwellenlose Motor-Konzepte).
1: Klassischer Kurbeltrieb
Ergänzt wurde das Hubkolben-Motor-Konzept durch Turbolader Kompressor, Luftkühler, Intercooler, variable Ventilsteuerung und variable Hubsteuerung der Ventile und des Kolbenhubs (z. B. Knickpleuel etc.) zur Steuerung des thermodynamischen Prozesses der Maschine.
Definition Triebwerk:
Der Begriff „Triebwerk" ist ein Klassenbegriff für Kurbeltrieb und Motor etc.:

[21] „Das Triebwerk – umgangssprachliche Bezeichnung für den Kurbeltrieb – ist eine Funktionsgruppe, die nicht nur eine wirkungsgradgünstige Umwandlung von oszillierender (hin- und hergehender) in drehende Bewegung bewirkt."
[24] „Triebwerk 1 (Tech) Antriebsvorrichtung, 2 (Fluges.) 2.1 Motor mit Propeller, 2.2 Vorrichtung zum Erzeugen eines rückwärts gerichteten Luft- o. Gasstrahls"
[25] Triebwerk: „Maschine, Motor, Kraftquelle"

Energiebilanz
In der Energiebilanz wird der Kurbeltrieb innerhalb der Systemgrenze definiert (1c) – der Wirkungsgrad beträgt beim Ottomotor ca. 34%, beim Dieselmotor ca. 43%.
Die Ursache des schlechten Wirkungsgrades liegt im Kurbeltrieb, also bei der Effizienz der Wandlung von Kraft in ein Drehmoment.

[9] Thermodynamische Obergrenze, Carnot'scher Wirkungsgrad OM = 65%, DM = 73%.
[4] S. 47: „Zur Darstellung einer Energiebilanz definiert man eine Systemgrenze und betrachtet die über diese Grenze fließenden Stoff- und Energieströme."

2: Energiebilanz-Systemgrenze, Bilanzgleichung
PLV-Trieb versus Kurbeltrieb (KT)
[4] Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor:
„S. 23 Kap. 3.5 Wirkungsgrad

100% Kraftstoffenergie

28,5% Nutzleistung

61,7% Thermische Verluste

9,8% Schleppleistung = Reibleistung

9,8% = 100% Schleppleistung = Reibleistung
11% Kurbelwelle
9% Kolbenringe
7,5% Kolben
7,0% Pleuel
65,5% Gaswechsel und Hilfsaggregate

Die Aufteilung erfolgt in innerer, effektiver und mechanischer Wirkungsgrad. Betrachtet man die Motorleistung P des Motorprozesses und die zugeführte Kraftstoffenergie pro Zeiteinheit, so lässt sich der Wirkungsgrad n formulieren:
Kritische Bemerkung von H. Wenz:

1. Es wird von Motorleistung P am Ausgang nach dem KT gesprochen, ohne Berücksichtigung des Wandlungswirkungsgrades η_KT des KT, d. h. die Leistung P wird nicht kritisch bezüglich der Ursachen der Wandlungs-Verluste in Frage gestellt. Die Wandlungswirkungsgrade (Wandlung des Gasdruckverlaufs ([OM: 16, S. 987, Druckverlauf und Brennfunktion im Ottomotor (Quelle: Pischinger); HCCI: 4, S. 597–598, Druckverlauf bei einer HCCI-Verbrennung]) in ein Drehmoment) sind unterschiedlich in den verschiedenen Wandlern wie Kurbeltrieb, Kurvenbahn (Sinus), Kurvenscheiben (mit der Form (Lemiskate) der Erhebung kann man – in Grenzen – das Bewegungsgesetz für die Kolben variieren), Schiefscheiben oder Schrägscheiben (ungünstige tribologische Verhältnisse bei der Kraftübertragung), Taumelscheibe, Kurbelschlaufen (schwenkbares Pleuel), PLV-Triebwerk.
2. Der schlechte KT-Wandlungs-Wirkungsgrad steckt in den 61,7% thermische Verluste: Großer Wärmeanteil bei p_max kann nicht in Arbeit umgesetzt werden, weil p_max phasenverschoben bzw. asynchron zu TP mit F_Tmax ist; ein großer Druckanteil geht deshalb auf die Kurbelwellenlager. Beim PLV-Triebwerk wird vornehmlich dieser Verlustanteil positiv verändert.

S. 18 Kap. 3.4 Drehmoment und Leistung
Die Leistung an einem Betriebspunkt des Motors errechnet sich aus Drehmoment und Drehzahl. Pe = Md·ω = Md·2π·n
Eine Leistungssteigerung kann nach dieser Gleichung durch Steigerung der Drehzahl oder des Drehmomentes realisiert werden. Beiden sind Grenzen gesetzt (Kap. 3.3).
S. 17 Kap. 3.3 Drehzahl und Kolbengeschwindigkeit
Motoren mit innerer Gemischbildung.
Mit ansteigender Kolbengeschwindigkeit steigen

– Massenkräfte
– Verschleiß
– Strömungswiderstände
– Reibleistung
– Geräusch

Bei DM und CM mit Direkteinspritzung ist die Drehzahl auch durch die zur Gemischbildung erforderliche Zeit begrenzt. Der DM hat deshalb eine deutlich niedrigere Höchstdrehzahl."
Bemerkung von H. Wenz:
Beim PLV-Triebwerk ist das Drehmoment wesentlich höher als beim KT, d. h. bei gleicher Leistung kann die Drehzahl fallen. Mit fallender Kolbengeschwindigkeit fallen auch Massenkräfte, Verschleiß, Strömungsverluste, Reibleistung, Geräusch.
Außerdem beeinflusst dies positiv den Wirkungsgrad durch zeitlich längeres Ansaugen, Verdichten, die Verbrennen und Ausstoßen.
Es gibt einen optimalen Betriebs-Wirkungsgrad.
Der klassische Arbeitsprozeß (p,V-Diagramm bei Otto – Diesel – Wankel – etc.) entspricht einem alten Paradigma!
3: Idealer Gleichraumprozess, p,V-Diagramm, Tatsächliches p,V-Diagramm
4. Vorteilhafte Wirkung der Erfindung:
Neues Paradigma in der Motoren-, Kompressoren-, Pumpen-, Kurbeltriebe, Feldkraftmaschinen-Konzeption durch Einführung eines neuartigen Arbeitsverfahrens und -Prozesses mittels des PLV-Triebwerkes:
1. Neuartiges Arbeitsverfahren: 8-/4-Takt-Motor-Prinzip.
2. Neuartiger Arbeitsprozeß:
Erhebliche Verbrauchs-Reduktionsfaktor bei Motoren
und erhebliche Emissions-Reduktion auf << 120g CO₂/km bei gleicher Leistung durch die Beziehungen in der Gleichung P = M·ω
oder Drehmoment- und Leistungs-Zunahme.
Lösung:
PLV-Triebwerk „Kurbeltrieb"
Bei konstanter Kolbenposition in OT wird die Pleuel-Stangenkraft F_St nach OT' verlagert, so dass die Pleuel-Stangenkraft F_St' am Tangentenpunkt TP mit Maximaldruck p_max' eine wesentlich größere Tangentialkraft F_Tmax' generiert, wodurch ein wesentlich größeres Drehmoment M auskoppelbar wird.

Folge: Wesentlich größerer mechanischer Wirkungsgrad.
1. PLV-Triebwerk „Motor"
Expansion:
Bei konstanter Kolbenposition in OT wird bei Expansion der thermodynamische Prozess mit dem Verbrennungsanfang V_A nach OT' verlagert, so dass am Tangentenpunkt TP p_max' mit F_Tmax' zur Wirkung kommt.
Kompression:
Bei der Kompression gibt es drei wesentliche Prinzipien A, A⁺, B und C (= verlagerter Exzenter PLZ):
Prinzip A:
Die Kompression beginnt bei UT = 180° KW mit UT_VW und endet bei TP (ca. 280° KW), d. h. die Kompressionszeit ist kurz, weil sich der HZ von 180° KW bis 28° KW dreht. Dabei erhitzt sich das Gemisch und kann von TP bis OT' abkühlen, womit der Druck sinkt. Prinzip A⁺ nutzt zur Anpassung der Planetenarmlänge A von UT' nach TP eine Exzenterverstellung.
Prinzip B:
Die Kompression beginnt bei UT = 180° KW mit UT_VW und endet in der ersten Stufe bei OT, um dann weiter zu verdichten bis OT' (ca. 70° KW), d. h. das Verdichtungsziel ist näherungsweise adiabatischer Ablauf, weil die Kompressionszeit lange dauert.
Prinzip C:
Ein großer PLZ-Exzenter als Pleuel-Lager-Zapfen ermöglicht eine konstruktiv bedingte automatische Verlängerung und Verkürzung (22, 22a, 22b).
Prinzip D:
Es erfolgt die Variation der Pleuelstangenlänge.
Variation des Bewegungsgesetztes des Kolbens
Durch eine neuartige dynamisch steuerbare PLV-Bewegung des Kolbens kann seine Position während des Prozessablaufes variiert werden.
Weitere besondere Wirkungen, wie z. B. größerer Hub durch Variation der Planetenarm-Richtung A mit implizitem Kompressor, etc., werden nachfolgend erläutert.
Folge:

Wesentlich besserer thermodynamischer Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Drehmoment/Leistungserhöhung oder Verbrauchsreduktion mit Gesamt-Faktor aus mech. (= ca. 2,6 bis 6,8) + therm. + energ. Verbesserung durch neuartiges Arbeitsverfahren Prinzip 8-Takt-Motor (oder 4-Takt statt 2-Takt-Motor) plus neuartiger Arbeitsprozess mit Verbesserung und Steuerung des thermodynamischen Prozesses.

Fazit:

Das neuartige Triebwerk erlaubt bei Expansion die Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades der Umwandlung von oszillierender in rotierende Bewegung durch die Verlagerung der Stangenkraft an den Tangentenpunkt TP und des thermischen und energetischen Wirkungsgrades durch Verlagerung des Prozessbeginns Richtung Tangentenpunk TP.

1. Energieerhaltungssatz
Der Energieerhaltungssatz gilt uneingeschränkt!
Beweis: a) durch Separierung des thermodynamischen Prozess vom Kraft-Drehmoment-Wandler (Triebwerk) und b) durch Verlagerung des thermodyn. Prozesses von OT nach OT':
2: Energiebilanz-Systemgrenze, Bilanzgleichung (vgl. [4] S. 47)
Die klassische Energiebilanz für Motoren positioniert den Kurbeltrieb innerhalb der Systemgrenze Motor – es ist jedoch eine getrennte Betrachtung durchzuführen zwischen Motor innerhalb der Systemgrenze und Triebwerk (= Kraft/Drehmoment-Wandler) außerhalb der Systemgrenze, um die Archillesferse des Motors, sein Wandlungs-Wirkungsgrad, aufzeigen zu können:
Mechanische Wirkung
Die Leistung ist gleich Drehmoment mal Winkelgeschwindigkeit (P = M·ω). Die Treibstoffenergie E_K bezieht sich auf 100% (99,9%) Treibstoffverbrauch bei einer bestimmten Drehzahl n.
Wenn durch das PLV-Triebwerk das Drehmoment durch die mech. Verlagerung erhöht werden kann um den Faktor x, so kann die Drehzahl gleichermaßen um den Faktor x sinken – bei gleicher Leistung.
Demzufolge sinkt der Treibstoffverbrauch mit dem Faktor x pro Zeiteinheit.
Thermodynamische Wirkungsgraderhöhung:
Durch die Verlagerung des Prozesses von OT nach OT', d. h. der Verbrennungsanfang V_A beginnt nicht vor OT, sondern nach OT bei OT',

a) die Kompression erfolgt bei Prinzip B und C über ca. 250° KW, d. h. ca. 1,4 mal langsamer pro Zeiteinheit als der klassische KT – in dieser Zeit kann sich das komprimierte Gemisch weiter abkühlen und länger gekühlt werden,
b) der Motor läuft mit Faktor x kleinerer Drehzahl; das kältere Gemisch kann höher verdichtet werden,
c) die mit Faktor x kleinere Drehzahl hat erhebliche thermodynamische Auswirkungen,
d) der Druckverlust Δp bei Hub-Beginn ab OT' und bei gleichzeitigem Druckaufbau p_VA nach Verbrennungsbeginn ab OT', soll im Gleichgewicht stehen bis ab diesem Gleichgewichtspunkt nur ein Drucküberschuss die Tangentialkraft auf die KW erzeugt; diese differenzielle Kolben-Hub-Funktion wird durch die Exzenterstellung mit der Planetenarmlänge A relativ zur Hubzapfen-Position geregelt.

Experimente:
1.1 Klassischer Prozess mit Experiment 1:

Thermodynamische Kraft-Weg-Kennlinie (Arbeit)

– Zylinder mit Kolben und Gemisch zünden.
– Kolbenkraft auf Druckfeder geben, Federkennlinie (Linear, Kraft x Weg) bekannt, oder 2 abstoßende Elektromagnete, Kraft-Weg Kennlinie (quadratisch) Vektorpotential) bekannt.
– p,V-Diagramm ermitteln

1.2 Experiment 2: Klassischer Prozess:

Thermodynamische Arbeit „Kraft x Weg" plus klassischer Kurbeltrieb

– Zylinder mit Kolben und Gemisch zünden
– Kolbenkraft in klassischen Kurbeltrieb einleiten
– p,V-Diagramm ermitteln
– Tangentialkraft-Drehmoment-Funktion mit Kurbelwinkel φ feststellen.

1.3 Experiment 3: PLV-Prozess:

Bei konstanter Kolbenposition in OT und verlagertem Pleuel an die Tangente mit dem Kurbelkreis (verlagerte Stangenkraft F_ST/Tangentialkraft F_T), sowie verlagertem thermodynamischem Prozess, erzeugte Kraft-Weg Kennlinie bei Expansion ermitteln.
- – Zylinder mit Kolben und Gemisch zünden
- – Kolbenkraft in neuartiges Triebwerk einleiten
- – Tangentialkraft-Drehmoment-Funktion mit Kurbelwinkel φ feststellen → p,F_T,φ-Diagramm.

Ergebnis der Experimente:
Beweisbar durch die o. g. Experimente und der neuen Systemgrenze wird die Richtigkeit der Wandlungs-Wirkungsgraderhöhung des PLV-Triebwerks gezeigt. Genau deshalb wird der Energieerhaltungssatz beim PLV-Prozess nicht verletzt. Der mechanische und thermische Wirkungsgrad wird, wegen des neuartigen PLV-Triebwerks, erheblich verbessert.
2. Wirkungsgrad
In der vorliegenden Erfindung geht es zuerst nur um den Wirkungsgrad der Umwandlung chemischer, oszillierender Translations-Arbeit des Kolbens in mechanische Rotations-Arbeit.
Der p,V-Prozess soll zunächst 1:1 an eine Stelle mit größerer Tangentialkraft F_T' verlagert werden.
3. Arbeit
Arbeit W ist Kraft x Weg, d. h. W = F·s; s = Hub.
W ist über den Hub – in Abhängigkeit der Tangentialkraft – im p,F_T,V-Diagramm zu integrieren.
4. Potentialfeld
Im Potentialfeld (konservatives System) ist
5. Nutzarbeit im klass
KurbeltriebDie Nutz-Arbeit beim klassischen Kurbeltrieb ist

W₁ = Nutz-Arbeit = Expansions-Weg bei Verbrennung
W₂ = W₂ beinhaltet Ansaugen, Verdichten + Teilverbrennung und Ausstoßen des Restgases.

Der Rücklauf-Weg W₂ hat außerdem eine erhebliche Verbrennungs-Verlust-Arbeit, weil die Zündung die Verbrennung schon vor OT einleitet und dem Schwungmoment ein Gegendruck entgegensetzt.
Deshalb ist << W.
6. Nutzarbeit im PLV-Triebwerk
Die Nutz-Arbeit beim PLV-Kurbeltrieb ist
Dissipatives System:

W₁ = volle Nutz-Arbeit = Expansions-Weg
W₂ = beinhaltet Ansaugen, Verdichten und Ausstoßen des Restgases.

Die negative Verdichtungsarbeit wird besonders zu beleuchten sein, weil sie die Energiebilanz stark beeinflusst (wie viel wird von der durch die Verlagerung gewonnenen Expansions Arbeit wieder durch die Kompression vernichtet?).
Der Rücklauf-Weg W₂ hat außerdem vor OT keine Verlust-Arbeit aus negativ wirkendem Verbrennungsdruck, weil die Zündung die Verbrennung beim PLV erst nach OT und vor OT' eingeleitet wird und dem Schwungmoment kein Gegendruck entgegensetzt.

W₂ = Rücklauf-Weg mit geringer Verlust-Arbeit aus negativ wirkendem Verbrennungsdruck, weil die Zündung vor OT' und die Verbrennung mit Erzeugung von Arbeit ab OT', erfolgt, d. h. – W₂ → 0; deshalb >> W.

7. Drehmoment
Drehmoment M ist Tangentialkraft x Kurbelradius, d. h. M = F_T·R_KW; d. h. wenn die Stangenkraft F_St (siehe Gasdruckkurve mit Z, V_A, p_max, V_E) über den Hubzapfen HZ auf die Kurbelwelle wirkt, so ist die maximale Stangenkraft F_ST' mit p_max' und F_T' für die Verstärkung von M entscheidend!

Parameter: Drehmoment M, Kraft F_T', Weg s, Leistung P, Winkelgeschwindigkeit ω

Grundsätzlich wird ein p,F_T',φ,-Diagramm benötigt. Es geht um die Analyse des effektiven Drehmomentverlaufs – relativ zum Kurbelwinkel φ und der eingeleiteten Tangentialkraft F_T' (die Phasenverschiebung zwischen p_max ^und F_Tmax' soll dargestellt werden).
8. Inline Hubvergrößerung
Der Hub dieses neuartigen PLV-Triebwerkes ist bei gleichem Kurbelwellenradius ca. 1,4 fach so hoch (plus ΔL der Exzenterverstellung) wie bei einem klassischen Kurbeltrieb.
Folge:

a) Beim Ansaugen und Verdichten wird mehr Luftvolumen in den Prozess gebracht.
b) Bei Expansion wandert der Arbeitspunkt 4 im p,V-Diagramm ein Stück in Richtung Punkt 5, womit mehr thermische Restenergie ausgenutzt wird.

Es ist darauf zu achten, dass bei Expansion die Transformation der Arbeit (Arbeit = Kraft x Weg im tatsächlichen p,V-Diagramm) zu einem anderen Betriebspunkt (TP) die Arbeit gleich bleibt oder größer wird – sie wird beim PLV-Prozess gößer:
Deshalb ist folgende Bedingung zur Verlagerung des Expansions-Prozesses sehr wichtig: KP = –(p,VVA→OT) + [(p,VOT→pmax + p,Vpmax→VE) + < (p,VVE→UT)] TP = +(p,VVA→OT) + [(p,VOT→pmax + p,Vpmax→VE) + < (p,VVE→UT)]
Der Ausdruck (p,V_OT→pmax + p,V_pmax→VE) bleibt bei der Transformation invariant.

Legende: KP: klassischer Prozess, TP: transklassischer Prozess rot = negativ, blau = konstant, orange = klein, grün = positiv vergrößert

Ohne Änderung des Energieeinsatzes (Gemischmenge) erzeugt bei Expansion die Gaskraft auf den Kolben mit der Kolbenkraft F_K, bei gleicher Stangenkraft F_ST mit gleichem Weg s = Kurbelradius (Arbeit = Kraft x Weg, gleiches tatsächliches p,V-Diagramm), die gleiche Arbeit; die Änderung durch das PLV-Triebwerk wird erst im p,F_T,V-Diagramm sichtbar.
Das PLV-Triebwerk ermöglicht im Gegensatz zum klassischen Kurbeltrieb:

Basis: Erfindung des PLV-Triebwerkes als ein Kurbelwellen-System mit Kurbelwelle (KW) + Variatorwelle (VW) oder verlagerter Exzenterwelle, Umlaufgetriebe, (Planetengetriebe), definiert als Pleuellängen-Variator (PLV), zum Einsatz für Motoren/-Kompressoren/-Pumpen, Kurbeltriebe und Feldkraftmaschinen.

Vorteile des PLV-Triebwerkes gegenüber klassischem Hubkolben-Motor:

Mechanisch ca. 2,6 bis 6,8 faches Drehmoment/Leistung bei HCCI-Dieselmotor bis Ottomotor, oder entsprechende Reduktion des Verbrauchs – zuzüglich thermodynamische und energetische Effekte gegenüber einer vergleichbaren klassischen Kurbelwellen-Hubkolben-Maschine.

5. Zu lösende technische Aufgabe
Neuartiges PLV-Triebwerk = Kurbelwellen-System (Modul Kurbelwelle + PLV)
5.1 Erhöhung des mechanischen Wirkungsgrades (Faktor 2,6–6,8)
Das PLV-Triebwerk arbeitet erfindungsgemäß nach einem neuartigen kinematischen Prinzip, dem Pleuellängen-Variator (PLV), der beim Hubkolben-Verbrennungsmotor (Benzin, Diesel, Gas, etc.) sowohl das Drehmoment, wie auch die Leistung, mechanisch durch Verlagerung der Tangentialkraft F_T nach F_T' um den Faktor ca. 2,6 bis 6,8) erhöht.
5.2 4-/8-Takt-Prinzip
Das 4-/8-Takt-Prinzip (2 × 2 = 4 bzw. 4 × 2 = 8) bedeutet, dass bei jeder Kurbelwellenumdrehung 2 Takte zusätzlich vorhanden sind. Diese zusätzlichen Takte haben folgende Aufgabe:

a) Bei Ansaugen/Expansion mit konstanter Kolbenposition in OT Verlängerung des Pleuels nach OT' durch einen Planetenarm A mit Verlagerung des Betriebspunktes p_max zum Tangentenpunkt TP = Position mit größter Tangentialkraft F_T'.
b) Bei Ausstoßen/Kompression Verkürzung (Rückstellung) der gesamten Pleuellänge: Prinzip A ab TP bei ca. 280° KW bis OT, Prinzip B ab ca. 135° KW bis UT., Prinzip C durch eine Exzenterbewegung.

In den zwei zusätzlichen Takten dreht sich beim Rechtskreisprozess die Variatorwelle/Exzenterwelle des Planetenarms A:
a) Verlängerung:
Der Hubzapfen HZ der KW von OT nach OT' – während dieser Zeit dreht sich die Variatorwelle VW bzw. Exzenterwelle so, dass diese Hubdifferenz von OT bis OT' durch Verlängerung des Pleuels mittels eines Planetenarms A ausgeglichen wird – bei konstanter Kolbenposition in OT – danach beginnt das Ansaugen ab OT', bzw. die Expansion kann beim Tangentenpunkt TP mit p_max' und F_T' beginnen.
b) Verkürzung:
Bei Kompression Prinzip A wird auf der gegenüberliegenden Seite bei TP ca. 280° KW die Rückstellung, d. h. die Verkürzung der Pleuellänge, vom TP (nicht von UT') an nach OT durchgeführt. Bei TP endet die Kompression; die Längen-Differenz zwischen TP und UT' wird durch einen kleinen Exzenter im P_PA realisiert (14), der den Planetenarm A momentan Richtung TP verlängert.
Der Kolben wird bei Prinzip A in der OT-Position konstant gehalten (isochor: Volumen konstant) bis der gegenüberliegende Punkt OT' vom HZ erreicht ist. Die Verkürzung des Pleuels von TP bis OT und erneuter Verlängerung des Pleuels erfolgt während sich die Kurbelwelle dreht.
Das Ausstoßen kann also bei OT' beendet werden.
Bei Kompression Prinzip B wird ab ca. 135° KW bis UT verkürzt, um dann ab OT wieder bis OT' zu verlängern.
Bei Prinzip C mit auf dem HZ integriertem PLZ-Exzenter wird der gesamte Verkürzungs- und Verlängerungsvorgang und damit die Kompression – wegen der mech. Getriebe-Konstruktion – automatisch vorgenommen.
Die zwei zusätzlichen Takte dienen also zum jeweiligen Ausgleich der Höhendifferenz bis sich der HZ mit dem Pleuel an der gewünschten Position befindet.
Fazit
Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Kolbens werden in Relation zur Kurbelbahn dynamisch, d. h. in Abhängigkeit von Tangentialkraft und thermodynamischer Prozess gesteuert. Außer der mechanischen Wirkungsgraderhöhung kommen thermodynamische und energetische Wirkungsgraderhöhung dazu.
5.3 Pleuellängen-Variation durch PLV
5.3.1 Mechanische Verstärkung
Der klassische Kurbeltrieb kann die gestellte Aufgabe (Erhöhung des mech. Wirkungsgrades) nicht lösen
Die Analyse muss beim PLV-Prinzip nach Druck p, Tangentialkraft F_T und Kurbelwinkel φ erfolgen (p, F_T,φ-Diagramm), um den Punkt mit dem größten Drehmoment ermitteln zu können. Mit diesem größten Drehmoment erfolgt die mechanische Wirkungsgradverbesserung.
Der Ort des Pleuel-Anlenkpunktes P_AP hängt von der Pleuellänge 3,0–4,5 R_KW ab.
5.3.2 Kurbelwellenzapfen bei φ₀ mit Verlagerung von p_max um Δφ nach φ₀'

Druckmaximum p_max im Gasdruckdiagramm bei φ₀ = 5–17° KW, je nach Motor. Das Druckmaximum als Koordinatensystem-Ursprung wird von φ₀ um Δφ nach φ₀' verlagert.

4:

[4] Vgl. Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor S. 597–598 Bild 14–11: Druckverlauf bei einer HCCI-Diesel Verbrennung (klassischer Kurbeltrieb). HCCI: Homogeneous Charge Compression Ignition.

5:

[16] Vgl. Lexikon Motortechnik S. 987 Druckverlauf und Brennfunktion im Ottomotor (Quelle: Pischinger) (klassischer Kurbeltrieb). Beachte: OT-Punkt mit maximaler Pleullänge = 4,5·R_KW am Pleuelanlenkpunkt. Das mech. Verstärkungsverhältnis erfolgt bei konstanter Kolbenposition in OT durch Verlagerung von p_max bei φ₀ nach p_max' mit F_T' bei φ₀', gemessen von 0° KW an. Beachte die Bandbreite der Verlagerung mit Δφ.

Die Berechnung des mech. Verstärkungsfaktors ist bei gleicher thermodyn. Kolbenarbeit von der Größe der Tangetialkraft F_T abhängig (siehe Kräfteparallelogramm 2e), sie ist beim PLV durch die Verlagerung von OT nach OT' bei gleichem Arbeitsweg anders als beim klassischen Kurbeltrieb.
Die eingeleitete thermodynamische Arbeit bleibt gleich, aber die Wandlung in ein Drehmoment ändert sich – sie ist vom Tangentialkraftverhältnis im PLV-Triebwerk abhängig. Fig. 4, 5): Position von p_max mit φ₀

Position Verstärkungsfaktor

sin φ₀ 5° KW → V_mech = 6,8

sin φ₀ 6° KW →

sin φ₀ 8° KW →

sin φ₀ 9° KW →

sin φ₀ 12° KW →

sin φ₀ 17° KW → V_mech = 2,6

Ergebnis: Bandbreite der mechanischen Verstärkung durch Verlagerung = 2,6 bis 6,8 Der Verstärkungsfaktor ist um so größer, je näher p_max mit φ₀ bei OT = 0° KW beim klassischen Kurbeltrieb liegt.

Fig. 5: Druckverlauf Ottomotor
Variation der Pleuellänge

a) Maximale Pleuellänge 4,5·R_KW Wir verlegen p_max von φ₀ = 5° KW oder 17° KW nach φ₀' und vergleichen dies mit der Tangentialkraft an der alten Position φ₀ und ermitteln dann das mech. Verstärkungsverhältnis V_mech.
b) Minimale Pleuellänge 3,0·R_KW Wir verlegen p_max von φ₀ = 5° KW oder 17° KW nach φ₀' und vergleichen dies mit der Tangentialkraft an der alten Position φ₀ und ermitteln dann das mech. Verstärkungsverhältnis V_mech.

5.3.3 Thermodynamische Verstärkung
5.3.3.1 Verstärkung durch größeren Hub = impliziter Kompressor
Durch die Einführung eines Planetenarmes A kann der effektive Hub vergrößert werden (Langhub), wenn sich der Pleuelanlegepunkt P_AP bei UT KW auf der Position UT_VW befindet. Die Vergrößerung des effektiven Hubes gegenüber einem klassischen Triebwerk erhöht nicht nur das Hubvolumen, sondern auch den thermodyn. Wirkungsgrad, weil der Prozess mehr in Richtung Punkt 5 im p,V-Diagramm verlagert wird, d. h. die thermodyn. Restenergie wird weiter ausgenutzt.
Der Hub kann durch die Richtung und/oder die durch die Länge des Planetenarms A variiert werden. Bei Richtungsvariation ergibt sich ein Langhub, Mittelhub oder Kurzhub. Durch die Winkelsteuerung/Richtung des Planetenarms A der Variatorwelle WV bzw. großen PLZ-Exzenter kann die Kompression für Teillast-Betrieb erhöht, oder für Volllast verringert werden – kleinere Variationen sind durch die Längenvariation von A durch einen kleinen Exzenter E oder durch den großen verlagerten PLZ-Exzenter (Prinzip C) möglich.
Details der Kompressionssteuerung siehe Kompression ff.
5.3.3.2 Verstärkung durch Verlagerung des thermodyn. Prozesses
Der arbeitswirksame thermodyn. Prozess beginnt, wenn die Verbrennung beginnt. Erfindungsgemäß wird der Verbrennungsanfang von vor OT nach an OT' verlegt, so dass der gesammte Verbrennungsvorgang mit vorverlegter Pleuelstellung ab OT' die Arbeit W₁ auf dem Weg s₁ = Hub erzeugt.
Beim Kompressionsprinzip A hat der Kolben bist OT' keine Hubbewegung (isochor); er befindet sich in einer „Rastposition" bis sich die Kurbelwelle gedreht hat. Beim Kompresionsprinzip B wird die Kompression von UT bis OT' in zwei Stufen durchgeführt.
Bei Prinzip C mit großem verlagerten Exzenter und ruhendem Außenzahnrad erfolgt die Kompression automatisch.
Arbeits-Takt
Der ideale p,V-Prozess beginnt von OT' an, weil p_max um Δφ nach TP verlagert wurde (Verlagerung der Krafteinleitung F_T mit p_max von φ₀ nach φ₀').
Bei der klassischen Kurbelwelle fällt die Tangentialkraft F_T des Pleuels mit der Hubbewegung des Kolbens, d. h. bei Umlauf der KW, steil ab in Richtung Tangentenpunkt TP bei φ₀'.
Beim neuartigen PLV-Triebwerk ist das genau umgekehrt: Die Tangentialkraft steigt in Richtung φ₀' stark an und erreicht an diesem Tangentenpunkt TP ihr Maximum mit p_max' bzw. F_Tmax'.
Der Druckverlauf hat am Anfang eine steile Funktion bis zum Maximum bei TP mit p_max', während der Verlauf in Richtung Brennende weniger steil und länger verläuft (bis Punkt 4 p,V-Diagramm) – beide Teile liegen im Tangential-Winkelbereich mit großer Tangentialkraft-Komponente.
Beachte beim klassischen Kurbeltrieb den Druckaufbau durch die Verbrennung bis OT – das bedeutet ein großer Energieverlust!
Dieser Energieverlust wird durch die Verlagerung des gesamten Verbrennungsvorgangs nach OT' vermieden, weil der positive Druckaufbau (Verbrennungsdruck minus Kompressionsdruck (15) erst ab OT' beginnen soll.
5.3.4 Prozeß
5.3.4.1 Dynamische Prozesssteuerung
Dynamische Anpassung an den thermodynamischen Prozess
Zur Verbesserung des thermodynamischen Prozesses mit höherem therm. Wirkungsgrad ist die PLV-Bewegung für den Kolben aktiv zu steuern.
Variation der Planetenarm-Länge A durch eine Exzentersteuerung (kleiner Exzenter:
Es wird

a) die Kollision bei Evolventen-Bewegung von A mit Überschreitung der P_AP-Bahn bei 45° KW verhindert durch eine Basis-Exzenterlage 90° zu P, insbesonderer bei ruhendem Außenzahnrad,
b) die Kolbenbewegung in Relation zur HZ-Position variiert, oder
c) die HZ-Bewegung in Relation zur Kolbenposition variiert.
b) und c) werden passend zum Arbeitsprozess (Gasdruckverlauf) und zur momentan maximalen Tangentialkraft bei φ₀', aktiv angepasst. Diese Anpassung erfolgt durch eine kinematische Verlängerung oder Verkürzung der Planetenarm-Länge A der Variator-Welle mittels eines kleinen Exzenters, (oder der Richtung des Planetenarms A), und damit der Kolben-/HubPosition bzw. HZ-Position – während veränderlicher Drehzahl, Last und Treibstoff.

So erfolgt eine optimale Umsetzung der Arbeit in ein Drehmoment durch die prozessbedingte Momentan-Tangentialkraft – angepasst an die Drehzahl, Last, oder Treibstoff Oktanzahl oder auch an die Treibstoff-Art.
6. PLV-Konstruktions-Prinzip
Als Zusammenfassung der erfindungsgemäßen Erkenntnisse werden die Figuren mit einem zur Steuerung notwendigen Quasi-Planetengetriebe (Umlaufgetriebe) erläutert. Der PLV-Kurbeltrieb + Planetengetriebe wird als Räderkoppelgetriebe/Rastgetriebe bezeichnet.
6.2 QPG: Quasi-Planetengetriebe (Umlaufgetriebe)

Definition „Quasi": Es fehlt das Innenrad.

Es gibt grundsätzlich zwei kinematische Prinzipien für das Außenzahnrad:
Prinzip 1. Außenzahnrad steht/Rast plus Differenzsteuerung, oder
Prinzip 2. Außenzahnrad dreht sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle (Außenzahnrad mit KW gekoppelt) plus Differenzsteuerung.
Prinzip 1: Außenzahnrad steht/Rast plus Differenzsteuerung zur Richtung des Planetenarms A

a) Planeten-Arm (Steg A) läuft zwangsweise um, weil sich das Planetenzahnrad auf dem ruhenden Außenzahnrad abwälzt.
b) Das Außenzahnrad dient optional zur Differenzsteuerung der Planeten-Arm-Richtunq über das Planetenzahnrad, das fest mit dem Planetenarm A gekoppelt ist, während sich das Planetenzahnrad mit dem Richtung wechselnden Planeten-Arm A auf dem sich drehenden Außenzahnrad abwälzt.

Länge des Planetenarms A
Außerdem kann ein zweites Außenzahnrad mittels einem zweitem losen Planetenrad und einem Exzenterrad sowie einem kleinen Exzenter im Pleuelanlegepunkt P_AP die Länge A des Planetenarms A steuern. Dieses zweite Planetenzahnrad wälzt sich simultan mit dem ersten Planetenzahnrad auf dem Außenzahnrad ab und nur wenn eine Differenz in der Winkelstellung zum ersten Planetenzahnrad eingestellt wird, ändert sich die Basis-Position des Exzenters E und damit die momentane Länge des Planetenarms A. Diese Funktion kann sowohl bei der Expansion zur Anpassung der ± Längen-Differenz von OT' zu p_max', wie auch als Fein-Variation für den Hub bei Voll- bzw. Teillast, sowie bei der Kompression (Prinzip A mit Längendifferenz TP nach UT') genutzt werden.
Hinzu kommt die Nutzung zur besseren Prozess-Anpassung von OT' zur p_max'-Position bei anderen Treibstoffen, z. B. bei der länger dauernden Wasserstoffverbrennung (Verlagerung der p_max'-Position gegenüber anderer Treibstoff-Art).
Im vorliegenden Prinzip 1 fehlt das Innenzahnrad, weil sich das Planetenzahnrad mit der Richtung des Planetenarms A, im Gegensatz zur Rechts-Drehrichtung der Kurbelwelle, bei stehendem Außenzahnrad (Prinzip 1) links herum drehen soll, so dass das Pleuel mit seinem Pleuelschwenkwinkel (α), zur Erzeugung einer maximal resultierenden Kraft, vorzugsweise in der Nähe der Zylinderachse oszilliert.
Durch Drehung des Außenzahnrades des Umlaufgetriebes U₁ erfolgt eine Differenzsteuerung für den Hub bei OT-Durchgang, Hublängen-Variation und Hublänge bei Teillast/Volllast.
Das Quasi-Planetengetriebe (Umlaufgetriebe U₁) hat auf dem HZ ein Planetenrad mit einer Übersetzung zum Außenzahnrad von 2:1, weil es sich bei 90° KW Drehung um 180° VW drehen soll, d. h. in UT- oder OT-Position soll es in Richtung 180° Variatorwelle/Exzenterwelle stehen.
Die Grundstellung des Planetenarms A ist bei 45° KW Richtung = 0° VW; der Exzenter steht 90° zu A mit der Exzentrizität ε beim kleinen Exzenter bzw. dem Maß y beim großen Ezenter (Prinzip C). Die Richtungs-Differenz von A am Tangentenpunkt wird durch das Außenzahnrad Z_A1 korrigiert.
Die KW dreht sich mit dem HZ um 360° KW während sich die VW um 720° dreht – wegen Ü = 2:1; alle anderen prozessrelevanten Einstellungen erfolgen

a) durch die Richtungs-Differenzsteuerung des Planeten-Arms über das Außenzahnrad Z_A1 und
b) wenn nötig durch die A-Längensteuerung mittels des kleinen Exzenters E.

Bedingt durch das Quasi-Planetengetriebe kann – durch die Differenz-Steuerung mittels Außenzahnrad Z_A1 – in jeder Stellung des HZ der Planeten-Arm um ±360° gedreht werden. Bei ruhendem Außenzahnrad ist von dieser 360° Planeten-Arm Umdrehung ausgenommen der Bereich zwischen TP (ca. 270° KW) bzw. UT' → OT → OT' und bei 45° KW (wegen P_AP-Evolventen-Bewegung), weil sonst der Kolben durch die Verlängerung mit dem Zylinderkopf kollidieren würde.
Deshalb soll sich beim

a) Prinzip A (Kompression bei TP/UT') der Pleuelanlegepunkt P_AP mit Differenzbewegung des Außenzahnrades an der höchsten Stelle auf der oberen PAP-Bahn, Die Differenzsteuerung des Außenzahnrades Z_A1 von UT' → OT → OT' ist beim Prinzip 1 (Basis: ruhendes Außenzahnrad), mit Planetenarm-Richtungs-Bewegung Prinzip A, keine Oszillationsbewegung, sondern von TP – UT' bis OT' vorzugsweise eine Rechts-Gegenrotation. Diese Rechts-Gegenrotation – ohne Rückstellung – muss in diesem Falle bei jeder Rechts-KW-Umdrehung erfolgen, weil sich das Planetenzahnrad mit dem P-Arm, bei stehendem Außenzahnrad, links herum dreht. Es kann aber auch eine Links-Rotation von Z_A1 durchgeführt werden.
b) Prinzip B (Kompression bei OT') mit Differenzbewegung des Außenzahnrades auf der unteren P_AP-Bahn, und beim
c) Prinzip C (automatische Kompression bei OT') ohne Differenz-Bewegung des Außenzahnrades und mit verlagertem großen PLZ-Exzenter automatisch bewegen.
d) Prinzip D Kompression bei Kurbelwellenumlauf bei gesteuerter Verlängerung/Verkürzung der Pleuelstangenlänge passend zur Hubzapfenposition.

6.2 Neuartiges Triebwerk
6a: Klassischer Prozess
In dieser Zeichnung sind die p_max–Positionen des HCCI-Motors bei 5° KW und Otto-Motors bei 17° KW eingezeichnet, letzterer mit Zündung bei –30°KW, Verbrennungsanfang V_A bei –22° KW, Verbrennungsende V_E mit 38° KW und p_80°KW.
Folge: Sehr kleine Tangentialkraft, große Radialkraft auf die Kurbelwellenlager.
6b: Klassischer Prozess + Verlagerung HZ von OT → OT' mit p_max → p_max'.
Ergänzt wurde in dieser Zeichnung ein Arm A mit seinem Pleuelanlegepunkt und dieser wurde nach OT' verlagert.
6c: Klassischer Prozess + Verlagerung F_ST, F_T, mit p_max → p_max'
In dieser Zeichnung wurde das Pleuel mit Arm A und mit dem Hubzapfen HZ nach OT' verlagert. Der thermodynamische Prozess ist noch bei OT.
6d: Transklassischer Prozess = Verlagerung p,V-Prozess + Verlagerung F_St, F mit p_max → p_max'
In dieser Zeichnung wird nun auch der thermodynamische Prozess von OT nach OT' verlagert, so dass durch das verlagerte p_max' eine sehr große Tangentialkraft F_T' am Tangentenpunkt TP zur Wirkung kommt.
7: Verlagerte Stangenkraft F_ST' = F_T'
In dieser Zeichnung wird mit Kräfteparallelogrammen bewiesen, dass die Behauptung stimmt: Beim Tangentenpunkt TP entsteht eine wesentlich größere Tangentialkraft als bei 5° KW bzw. 17° KW – ohne Verletzung des Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik!
Grundkonstruktion
Die Grundkonstruktion beginnt mit der Lage der Zylinderachse mit dem Schwenkwinkel (a) des Pleuels bis zur Tangente an den Kurbelkreis – der Tangentenpunkt TP ist der Verlagerungspunkt OT' mit φ₀'.
Die bei Expansion ökonomisch und ökologisch beste Pleuellänge ist vorzugsweise 4,5·R_KW, weil dadurch dieser Tangentenpunkt maximal in Richtung 90° KW rückt (zum Punkt mit maximaler Tangentialkaft), dort kann die Pleuelkraft am effizientesten in ein Drehmoment umgesetzt werden.
Die Längendifferenz zwischen Pleuelanlegepunkt P_AP → OT' ergibt die Länge des Planeten-Arms A, dessen Winkelstellung die Richtung durch das Quasi-Planetengetriebe geregelt wird, während der Hubzapfen umläuft. Der Planeten-Arm ist am Planetenzahnrad befestigt, das sich auf dem Außenzahnrad abwälzt (Prinzip 1 = ruhendes Außenzahnrad), oder bei simultan mit der KW mitdrehendem Außenzahnrad nicht abwälzt (Prinzip 2), siehe ff.

Die Ausgangsposition der P-Arm-Richtung mit Variatorwelle VW/Exzenterwelle ist

Ausgangsposition:	Basisposition wegen PAP-Evolventen-Bahn:
bei 90° KW = 0° VW = OT_VW,	bei 45° KW = 45° VW = OT_VW,
bei 180° KW = 180° VW = UT_VW,	bei 135° KW = 225° VW = UT_VW.
bei 270° KW = 0° VW = OT_VW und	bei 225° KW = 45° VW = OT_VW und
bei 0° KW = 180° VW = UT_VW.	bei 315° KW = 225° VW = UT_VW.

Wegen der Evolventen-Bewegung des P_AP-Punktes werden die Ausgangspositionen um –45° auf die Basispositionen zurückgestellt.
Insbesondere bei den Prinzipien A und B – ohne verlagertem Exzenter – wird in diesen Ausgangs-Positionen die P-Arm-Richtung – mit einer Differenz zur Winkelstellung des P-Arms und relativ zur Pleuelrichtung – korrigiert. Dies ermöglicht eine Kollisionsvermeidung, Hubvariation und A-Richtungsvariation für den optimalen Stangenkraftvektor, siehe 3: PLV-Triebwerk, Expansion.

Es gibt 4 Ausgangs-Stellungen des Planetenarms A für die verschiedenen Hub-Varianten:

A-Position OT'	Richtung P-Arm bei OT'	Bahn	A-Pos. UT	Richtung P-Arm bei UT	Hub
1	0° VW	obere P_AP-Bahn	3	180° VW	H_Lmax
1	00 VW	obere P_AP-Bahn	1	0° VW	H_Lmin
2	270° VW	untere P_AP-Bahn	3	180° VW	H_Mmax
2	270° VW	untere P_AP-Bahn	1	0° VW	H_Mmin
3	180° VW		3	180° VW	H_Kmax
3	180° VW		1	0° VW	H_Kmin
4	90° VW	Pleuel mit >> α	3	180° VW	H_Mmax
4	90° VW	Pleuel mit >> α	1	0° VW	H_Mmin

In allen Takten sind verschiedene Hub-Längen und Planetenarm-Richtungen wegen des optimalen Stangenkraftvektors möglich, die bezüglich der Kolben-Position in den Zeichnungen markiert sind: Langhub, Mittelhub, Kurzhub, einstellbar durch die Außenzahnrad-Differenzsteuerung für die Planetenarm-Richtung.
Langhub
a) Langhub H_Mmax
Der HZ befindet sich auf der OT'-Position und der Planeten-Arm A befindet sich mit dem Pleuelanlegepunkt P_AP auf der oberen P_AP-Bahn in Position 1 = 0° VW. Während der HZ-Bewegung von OT' Richtung 180° KW wird der P_AP nicht auf der P_AP-Bahn gehalten, sondern der Planeten-Arm wird nach links gedreht, so dass der Kolben die Hubbewegung mitmacht.
Während der weiteren HZ-Bewegung Richtung UT KW wird der Planeten-Arm auf 180° VW gedreht = Position 3.
Langhublänge H_Lmax = PAP bis UT KW mit UT_VW mit ca. 2R + Δ(P_AP – OT) + OT – R_VW = ca. 1,4 H (plus ΔL der Exzenterverstellung).
Dies bedeutet min. ca. 1,4-faches Luft-/Hubvolumen (plus ΔL der Exzenterverstellung) im Vergleich zum klassischen Kurbeltrieb. Die Variante mit dieser Hublänge kann durch die nachfolgende Verdichtung als impliziter Kompressor verstanden werden. Bei der Expansion wird deshalb zusätzliche Arbeit im Vergleich zum klassischen Kurbeltrieb erzeugt.
Das Einlassventil kann ab OT' geöffnet werden (es besteht dann keine Überschneidung mit dem Auslassventil).
b) Langhub Human
Der Hubzapfen HZ steht auf Position OT' = φ₀', der Planeten-Arm A befindet sich mit P_AP auf der oberen P_AP-Bahn und in Linie mit dem Pleuel. Wenn sich die KW nach rechts weiter dreht, beginnt die Hubbewegung des Kolbens.
Während der HZ-Bewegung Richtung UT KW wird der Planeten-Arm A nicht mit Linksrotation gedreht, so dass er bei 180° KW Richtung OT zeigt. Position 1 = 0° VW. Langhublänge H_Lmin = P_AP bis UT KW mit OT_VW mit ca. 2R_KW – R_VW + Δ(P_AP – OT).
Mittelhub
a) Mittelhub H_Mmax
Beim Mittelhub H_Mmax steht P_AP auf der unteren P_AP-Bahn links von OT'', d. h. in Position 2 = 270° VW.
Danach dreht der P-Arm A in Richtung UT KW mit UT_VW = Position 3 = 180° VW. Mittelhublänge H_Mmax = P_AP bis UT KW mit UT_VW = Position 3 = 180° VW.
c) Mittelhub H_Mmin
Beim Mittelhub H_Mmax steht P_AP auf der unteren P_AP-Bahn links von OT'', d. h. in Position 2 = 270° VW.
Danach dreht der P-Arm A in Richtung UT KW mit OT_VW = Position 1 = 0° VW. Mittelhublänge H_Mmin = P_AP bis UT KW mit OT_VW = Position 1 = 0° VW.
Kurzhub
a) Kurzhub H_Kmax
Beim Kurzhub H_Kmax steht P_AP auf Pos 3 des P-Arms A = 180° VW. Danach dreht er nach links bis er bei UT in Position UT KW mit UT_VW = 180° VW = Position 3 steht. Kurzhublänge H_Kmax = P_AP bis UT KW mit UT_VW = Position 3 = 180° VW.
b) Kurzhub H_Kmin
Beim Kurzhub H_Kmin steht P_AP auf Pos 3 des P-Arms A = 180° VW. Danach dreht er nach links bis er bei UT in Position OT KW mit OT_VW = 0° VW = Position 1 steht. Kurzhublänge H_Kmin = P_AP bis UT KW mit OT_VW = Position 1 = 0° VW.
6.3 Prozess
6.3.1 Ansaugen
Beim Ansaugprozess Prinzip A und B können die oben genannten Hubvarianten verwendet werden, vorzugsweise Langhub, weil hierbei das größte Luftvolumen angesaugt wird. Beim Prinzip C erfolgt der Langhub automatisch.
Ideal wäre ein langsamer Ansaugprozess (wegen höherem PLV-Drehmoment-Faktor ist eine um den gleichen Faktor niedrige Drehzahl vorhanden – bei gleicher Leistung), so dass näherungsweise adiabatisch gearbeitet werden kann; die Luft wäre dichter und würde durch die Kompression nicht so erhitzt.
Der Hub-Prozess beim Ansaugen ab OT' kann gleich dem des Expansions-Hubes eingestellt werden: Eine Längen-Variation des Planetenarms A mit dem kleinen Exzenter ist dabei nicht nötig.
6.3.2 Kompression/Verdichtung
6.3.2.1 Prinzip A
8: PLV-Triebwerk, Kompression Prinzip A
9: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip A
Im klassischen Kurbeltrieb erfolgt die maximale Kompression bei OT = 0° KW ohne große Tangentialkraft. Im PLV-Prinzip A wird die maximale Tangentialkraft zur Kompression benutz. Hierbei dreht – wie beim KT – der Planetenarm A bei OT-Kolbenposition (p_Kmax) unter dem Pleuel weg. Die negative Arbeit/Energie zum Halten des Drucks bei isochorer Verlagerung von TP-OT', d. h., wenn sich der HZ von TP nach OT' dreht, ist wesentlich für die Arbeits-/Energiedifferenz zwischen Expansion und Kompression.
Bemerkenswert ist:

a) Im klassischen Expansions-/Verbrennungs-Takt ist bei OT bereits erheblicher Druck p auf dem Kurbelwellenlager.
b) Im Verdichtungs-Takt ist der Druck hoch, max. bei Aufladung: Ottomotor 19 bar, Dieselmotor 31 bar. Die Normalverdichtung beträgt max. 17 bar, danach fällt der Wirkungsgrad.

Nutzung der maximalen Tangentialkraft F_T auch bei der Verdichtung
10: Vergleich PLV-Kompression Prinzip A zu klassischer Kurbeltrieb
Im Gegensatz zum klassischen Kurbeltrieb ist beim PLV-Getriebe Prinzip A nur dann der Verdichtungsprozess effizient, wenn zur Erzeugung eines maximalen Verdichtungsdrucks auch die größte Tangentialkraft F_T' beim TP (ca. 280° KW) genutzt wird und dabei die Halte-Energie für die isochore Verlagerung von diesem TP nach OT' nicht den Vorteil aufzehrt.
Wie man in 10 sieht, hat der klassische Kurbeltrieb am TP die gleiche Tangentialkraft, aber der Kolben befindet sich weit entfernt vom Kolben-OT, also dort, wo die größte Stangenkraft zur Kompression benötigt wird.
Entscheidend für die Richtungs-Steuerung des Planetenarms A ist die Arbeitsdifferenz ΔW von W_E = W₁ zu W_K = W₂, bzw. Energiedifferenz ΔE, d. h. E_E zu E_K, sie soll größer sein als beim klassischen Kurbeltrieb.
Prinzip A und A⁺ mit Temperatur-/Drucksenkung:
Die Richtung und Länge (Prinzip A^± durch Exzenter) des Planetenarms A kann so eingestellt werden, dass in der momentanen Position des HZ bei TP (ca. 280°) die größte Tangentialkraft entsteht in Relation zur Kolbenposition, d. h. die Kompression wird bei gleicher Tangentialkraft wie beim klassischen Triebwerk KT (klassischer Kolben ist weit von der OT Position entfern) wesentlich höher. Allerdings erfolgt die Kompression in kürzerer Zeit von UT = 180° KW bis TP = 280° KW (ca. ½ des KT), was das Gemisch stärker erwärmt, deshalb wird die nachfolgende Abkühlphase von TP = 280° KW bis OT' = 80° KW genutzt.
Verfahren Prinzip A und A⁺ mit Exzenter-Längen-Variation
Um das gespiegelte Prinzip auf der Gegenseite beim TP nutzen zu können, wird nach UT die VW mit Linksrotation verstellt, um die Höhendifferenz bis TP zurückstellen, d. h. verkürzen, zu können, und um das Pleuel in die Position mit der maximalen Tangentialkraft F_T' beim Tangentenpunkt TP zu bringen – Prinzip A⁺ ist das Prinzip mit der Verlängerung des Planetenarms A durch den kleinen Exzenter.
Das zuvor im Langhub H_Lmax angesaugte größere Luft-/Hubvolumen kann durch die wesentlich größere Tangentialkraft höher verdichten werden als bei klassischer Kurbeltrieb-Stellung (bei OT Stangenkraft = Null). Auch im PLV-Triebwerk dreht sich der Planetenarm unter der OT-Position weg, weil sich der HZ der KW weiterdreht. Deshalb ist das Prinzip A zur Erreichung hoher Kompression mit kleiner Höhendifferenz in der Endphase der Kompressionsfunktion dasselbe, wie beim KT – aber die Wirkung im PLV-Triebwerk ist eine andere.
Durch die große Tangentialkraft beim Verdichten bis TP kann erheblicher Druck durch einen impliziten Kompressor erzeugt werden – ohne äußeren Lader.
Ab dem Tangentenpunkt TP wird die Richtung des Planetenarms A so variiert, dass der Kolben bei der OT-Kolben-Position verbleibt, es sei denn, dass eine Kompressionsvariation durch eine Richtungsvariation von A gewünscht wird (Teillast/Volllast), wobei der Kolben in seiner Höhenposition zurückgestellt wird, so dass sich der P_AP auf einer tieferen P_AP-Bahn bewegt.
Planeten-Arm Steuerung Prinzip A
Die P_AP – Bahnbewegung bedeutet eine isochore Verlagerung des Volumens V von TP nach OT' mit Druck senken durch Abkühlung bei konstantem Volumen (isochor), während sich die KW bis OT' weiterdreht, d. h. es besteht nach dem Verdichten weitere Zeit zum weiteren Abkühlen und zusätzlichen Kühlen des Gemisches.
Der Planeten-Arm bewegt sich bei einer Rechts-Differenzsteuerung des Außenzahnrades ab Verdichtungs-Tangentenpunkt TP mit φ₀''_max nach ca. –80°, d. h. bis der HZ den OT erreicht hat. Sodann dreht sich A, gesteuert durch die Rechts-Differenzsteuerung des Außenzahnrades, wieder zurück, um dann bei ca. 80° KW am Tangentenpunkt TP mit φ₀'_max in der Fluchtlinie mit der Tangente KW-Kreis mit Pleuel zu stehen.
Diese Richtungs-Differenz-Bewegung des P-Arms A kann zur maximalen Verdichtung bei Teillast (Betriebspunktverlagerung) genutzt werden.
Oder: Nutzung von ΔOT mit der Position OT₀ (= Hubbewegung bis zur Nulldurchgangs-Position an OT₀), wobei der Planetenarm A auf Richtung 180° VW dreht (= UT VW).
Diese Maximaldrehung des P-Arms kann zur Steuerung des variablen Hubes (Variabelvolumen) mit niedrigerer Verdichtung genutzt werden, insbesondere bei Vollast mit der entsprechenden Betriebspunktverlagerung.
Die variable Verdichtung ist vor allem beim Ottomotor wirkungsgraderhöhend, da sein Verdichtungsverhältnis durch die Klopfneigung des Ottokraftstoffes begrenzt ist. Die Richtungs-Differenzsteuerung von A sorgt beim OT-Durchgang für die spezielle Bahnsteuerung.
Halte-Energie für die isochore Verlagerung nach OT' bei Prinzip A Damit diese Verlagerungs-Verluste nicht auftreten können, wird der Kolben in seiner Position mechanisch über die Zeit von TP bis OT' arretiert; beachte Arretierungsbereich zwischen Voll- und Teillast-Kompression (Kolbenhub). Dies geschieht sehr schnell, kraftvoll und effizient vorzugsweise durch:

a) indirekte Verfahren aus Schwungenergie: – elektromechanischer Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen, – hydromechanischer Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen, – Piezo-Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen,
b) direkte Verfahren aus Schwungenergie: – Nockenwelle mit Kipphebel/Schlepphebel und Stößel steuert die Arretierung.

11: PLV-Triebwerksfunktion mit verlagerter Tangentialkraft,
Prinzip A
Diese Figur ist eine Ergebnisdarstellung Prinzip A mit der Steuerung von A entlang der PAP-Bahn.
12: Umlaufgetriebe/Quasi-Planetengetriebe, Rechtskorrektur, Analogie „Bein", Prinzip A
Diese Figur zeigt die Bewegung des Planetenarms A als „Bein" wie beim Laufen und Rad fahren. Das PLV-Triebwerk „Kurbeltrieb" besitzt sozusagen ein „Kniegelenk" zusätzlich zum klassischen Kurbeltrieb.
Nachteil Prinzip A: Kompression in% der klassischen KT-Zeit, mechanische Arretierung des Kolbens zur Vermeidung des unter Druck stehenden isochoren Verlagerungverlustes (Transportverlust).
6.3.2.2 Prinzip B mit Verlagerung von p_Kmax nach OT' bzw. TP:
13: Kompression bei OT', Prinzip B
Diese Figur zeigt deutlich die Kompression bei OT'; eine Verlagerung ist dabei nicht notwendig. Prinzip B wird erfindungsgemäß in den weiteren PLV-Prinzipien vorzugsweise verwendet.
14: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip B
Beim Kompressions-Prinzip B gibt es 4 Hub-Varianten: B1, B2, B3 und B4: Der Hub erfolgt in zwei Stufen:

1. Stufe: HZ = 180° KW bis HZ = 0° KW = Planetenarmposition A₀. bzw. A₁ bei VW 225° (vgl. Höhe Kolben-Position). In der 1. Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (KW-Rechtsrotation) zur Kompression genutzt- hierbei dreht der Planetenarm A vorzugsweise mit Linksrotation.
2. Stufe: Diese beginnt bei HZ = 0° KW und endet bei HZ OT' ca. 70° KW oder TP ca. 80° KW. In der 2. Stufe muss entgegen (Linksrotation) der Umlaufrichtung der KW (Rechtsrotation) die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression.

Funktion kleiner Exzenter:
Der kleine Exzenter dient

a) zur Verlagerung von P_AP – wegen der Differenz P_AP-Evolvente zu P_AP-Bahn bei 45° KW (siehe 22, 22a, 22b) – und
b) zur variablen Hubsteuerung relativ zur Richtung von A und der Position des HZ.

15: Differenzielle H(ΔL)-Gegensteuerung für den Ort des Kolbens mit effektivem positiven Druckbeginn (+p_eff)
Der effektive Kolbenhub Hell mit effektivem positiven Druck (+p_eff) – bei Voll- bis Teillast – wird als Differenz zwischen dem Kolbenhub H(K)ΔA, eingestellt durch die Planetenarm-Richtung A, minus H(K)ΔL, eingestellt durch die Exzenterstellung E, gesteuert.
Das Optimum der 4 Prinzipien zeigt die Energiebilanz: Einerseits die aufzuwendende Kompressionsarbeit, andererseits die Erwärmung des Gemisches. Wenn möglich soll das Gesamtergebnis der beider Kompressionstufen näherungsweise adiabatisch sein, was von der Kompressionsgeschwindigkeit abhängt.
Der Prozess ist um so idealer/adiabatischer, je langsamer und gleichmäßiger er abläuft – bei möglichst hohem Verdichtungsgrad.
13: Kompression bei OT', Prinzip B:
Prinzip B₁, Planetenarm A₁ bei HZ = OT mit P_AP in 225° VW-Stellung:
Die Kompression erfolgt mit der 1. Hub-Stufe von HZ = UT 180° KW – beginnend mit VW-Stellung bei UT_VW um dann bei HZ = OT = 0° KW zu enden; mit 180° KW Bewegung ist die Kompression also langsamer (ca. ½) als bei Prinzip A, wobei der Planetenarm A₁ bei OT mit P_AP in 225° VW-Stellung steht (vgl. Position des Kolbens in 4b).
Danach erfolgt die 2. Hub-Stufe während der HZ von OT weiter in Richtung OT' dreht. Die Endkompression soll näherungsweise adiabatisch bis OT' bzw. TP bei p_max ablaufen. Hierbei wird der Planetenarm A₁ vorzugsweise mit Rechtsrotation gedreht, um dann bis OT' in Linie mit dem Pleuel zu stehen.
Prinzip B2, Planetenarm A₂ bei HZ = 45° KW mit P_AP in 270° VW-Stellung:
Die Kompression erfolgt mit einer 1. Hub-Stufe von HZ = UT 180° KW – beginnend mit VW-Stellung bei UT_VW, um dann bei HZ = OT = 0° KW zu enden.
Danach erfolgt die 2. Hubstufe, wenn der HZ von 45° KW weiter in Richtung OT' dreht. Die Endkompression soll näherungsweise adiabatisch bis OT' bzw. TP bei p_max' ablaufen. Hierbei wird der Planetenarm A₂ vorzugsweise mit Rechtsrotation gedreht, um dann bis OT' in Linie mit dem Pleuel zu stehen.
Prinzip B3, Planetenarm A₃ bei HZ = 45° KW mit P_AP in 90° VW-Stellung:
Die Kompression erfolgt mit einer 1. Hub-Stufe von HZ = UT 180° KW – beginnend mit VW-Stellung bei UT_VW, um dann bei HZ = OT = 0° KW zu enden.
Danach erfolgt die 2. Hub-Stufe, wenn der HZ von 45° KW weiter in Richtung OT' dreht. Die Endkompression soll näherungsweise adiabatisch bis OT' bzw. TP bei p_max' ablaufen. Hierbei wird der Planetenarm A₃ vorzugsweise mit Linksrotation gedreht, um dann bis OT' in Linie mit dem Pleuel zu stehen.
Prinzip B4, stetiger Hub/funktionaler Hub
Der Hub H = H1 + H2 kann auch mit stetiger Geschwindigkeit über die Hub-Höhe zur Verdichtung des Volumens bis p_kmax' oder auch mit funktional abhängiger Geschwindigkeit, d. h. am Anfang schnell und bei steigender Verdichtung bis p_Kmax langsam (z. B. proportional zum Druck oder Temperatur, oder optimiert nach minimaler Temperaturzunahme), erfolgen. Eine stetig oder funktionale Steuerung kann auch über den KW-Winkel von ca. 250° erfolgen.
Der Planetenarm A kann dabei mit einer Oszillationsbewegung gesteuert werden:

1.) L von UT → OT' (Δ250°) R ab 235° KW → UT (Δ45°), oder
2.) R von UT → OT' (Δ250°) L ab 235° KW → UT (Δ45°).

Energie für die Verlagerung nach OT' bei Prinzip B
In der 1. Hub-Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (rechts) zur Kompression genutzt. In der 2. Hub-Stufe muss entgegen der Umlaufrichtung (links) der KW-Rotation die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression.
Damit die Arbeit/Energie-Verluste klein bleiben, wird die Steuerung des Planetengetriebes (Außenzahnrad Z_A) für die Richtung des Planetenarms (beachte Bereich zwischen Voll- und Teillast-Kompression (Kolbenhub)) genutzt durch:

a) indirekte Verfahren aus Schwungenergie: – elektromechanischer Aktuator, – hydromechanischer Aktuator, – Piezo-Aktuator,
b) direkte Verfahren aus Schwungenergie: – vollvariables Nockenverstell-System mit Nockenwelle Kipphebel/Schlepphebel und Stößel an Z_A; die Nockenwelle ist mit der KW-Umdrehung gekoppelt.

Zwangsführung/-kopplung
Erfindungsgemäß besteht eine Zwangsführung/-kopplung zwischen OT und OT' bzw. TP derart, dass eine feste Beziehung zwischen der Position des HZ der KW und der Richtung des Planetenarms A und der damit zusammenhängenden Kolbenposition (Hub) besteht. Diese feste Beziehung bewirkt dass der HZ, d. h. die KW, sich nicht weiterdrehen kann, wenn der Kolben nicht die entsprechende Kompression mittels der Differenzsteuerung des Außenzahnrades bewirkt hat.
Durch die Zwangsführung/-kopplung der absoluten Kolbenposition mit der absoluten HZ-Position der KW kann der erreichte Kompressionsdruck – über Kolben-Hub, Pleuel und Planetenarm – die Kurbelwelle nicht in eine andere Ist-Position verstellen, als die Soll-Position vorgibt. Die Richtung des Planetenarms wird funktionsabhängig nicht nur kinematisch, sondern dynamisch, d. h. abhängig von der Kolbenkraft/Kompressionsdruck zur eingeleiteten Schwungenergie, in Geschwindigkeit/Beschleunigung gesteuert.
Prinzipien B₁ mit A₁ und B₂ mit A₂ und Rechtsdrehung Z_A:
Bei Prinzip 1 (stehendes Außenzahnrad) und Prinzip 2 (simultan mitdrehendes Außenzahnrad) wird bei den Prinzipien B₁ mit A₁ und B₂ mit A₂ eine Rechtsdrehung des Außenzahnrades zur Richtungseinstellung von A vorgenommen, d. h. das Außenzahnrad Z_A ist momentan schneller als die Kurbelwelle, somit dreht sich der Planetenarm A rechtsrum und der Kolben verringert seinen Hub bis zur Endkompression.
Prinzipien B₃ mit A₃ und Linksdrehung Z_A:
Bei Prinzip 1 (stehendes Außenzahnrad) und Prinzip 2 (simultan mitdrehendes Außenzahnrad) wird bei den Prinzipien B₃ mit A₃ eine Linksdrehung des Außenzahnrades zur Richtungseinstellung von A vorgenommen, d. h. das Außenzahnrad ist momentan langsamer als die Kurbelwelle, somit dreht sich der Planetenarm A rechtsrum und der Kolben verringert seinen Hub bis zur Endkompression.
Prinzip B₄ mit L/R oder R/L-Drehung:
Funktionsweise wie zuvor beschrieben.
Option: Direkte Kompression durch die temporäre Richtungsumkehr:
Eine Drehrichtungsumkehr des Planetenzahnrades durch ein Innenzahnradsegment – im Segment von OT bis OT' – erzeugt eine direkte Kompression durch die temporäre Richtungsumkehr der Schwungenergie, indem sich der Planetenarm nach rechts dreht.
Am besten ist die Zwangsführung/-kopplung erklärbar beim direkten Verfahren analog eines vollvariablen Nockenwellenversteller-System mit Nockenwelle, Kipphebel/Schlepphebel und Stößel, welche das Außenzahnrad des Differenz-/Summiergetriebe (Quasi-Planetengetriebes) in seiner Winkelstellung steuert, d. h. das vollvariable Nockenwellenversteller-System mit Nockenwelle ist funktional mit der Kurbelwelle gekoppelt, so dass sich die Planetenarm-Richtung zwangsweise mit der umlaufenden KW-Position ändern MUSS. Das vollvariable Nockenwellenversteller-System mit Nockenfunktion ist die Zwangsführung/-kopplung zur absoluten Abhängigkeit der KW-HZ-Position mit der Planetenarm-Richtung.
Alternativ ist analog ein vollvariables Nockenwellenversteller-System mit Zahnrad-Kopplung mit dem Außenzahnrad verwendbar.
Die Steuer-Bewegung des Planetenarms kann oszillierend, d. h. Verlängerung von OT bis OT' und Verkürzung von ca. 135° KW bis UT = 180° KW, oder fortlaufend, d. h. Verlängerung und Verkürzung in einer Rechts- oder Links-Rotation, erfolgen.
Vorteil Prinzip B:
Beim Prinzip B ist eine wesentlich längere Zeit zum Komprimieren vorhanden (ca. 180° + 70° = 250°) als beim Prinzip A (ca. 100°), und die Kompression mit p_Kmax erfolgt genau an der richtigen Stelle bei OT'. Außerdem wird eine variable Steuerung für das Bewegungsgesetzes des Kolbens anwendbar.
Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches
Bei Verwendung des Langhubes können wesentlich mehr Mehrfacheinspritzungen während des Kompressionshubes bis OT' erfolgen.
Zweck: Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches und dessen definierte Zündung beim Dieselmotor durch eine Haupteinspritzung.
Kühlungsphasen
Während des längere Zeit dauernden Kompressionshubes – unabhängig von Prinzip A oder B – also vom TP über OT bis zur Zündung/Verbrennungsanfang V_A vor OT', kann das Gemisch weiter heruntergekühlt werden.
6.3.3 Expansion
16: PLV-Triebwerk, Expansion
Es erfolgt die Verlagerung des Betriebspunktes p_max auf die Position OT' mit φ₀'_max und mit maximaler Tangentialkraft Fr'. Ab OT' wird der tatsächliche p,F_T,V-Prozess gestartet. Dieser Prozess beginnt bei OT' mit dem Verbrennungsanfang, genauer: positiver Druckbeginn, der sofort die Arbeit erzeugt.
Ab Tangentenpunkt TP, mit p_max' und F_Tmax', als verlagerter Arbeitspunkt, kann sehr effizient die Arbeit W₁ erzeugt werden.
Wird die Position des Kolbens in seiner Höhe während des Prozesses durch die Richtung und/oder Länge des Planeten-Armes – geregelt durch die Differenzsteuerung mittels der Außenzahnräder – verändert, so entsteht ein Variabelraum mit Variabelprozess und variabler Kompression.
17: Variation A-Richtung
Die Zeichnung zeigt eine explizite Realisierung des Planetenarms A in OT'-Position. Eine technisch einfachere Variante (Prinzip C) wird in 22, 22a, 22b gezeigt.
Die Variation der P-Arm-Richtung A dient zur Einstellung des gewünschten Prozesses, Kraftvektor etc. Der HZ der KW läuft nach rechts um, und das Planetenrad mit dem gekoppelten P-Arm dreht sich dabei nach links, indem es sich bei Prinzip 1 auf dem stehenden Außenzahnrad abwälzt.
Außerdem wird gezeigt, wie mit Hilfe des Außenzahnrades das am P-Arm A fest gekoppelte Planetenrad mit der notwendigen Differenz verdreht werden kann, so dass der P-Arm A seine Richtung ändert und der P_AP-Bahn folgen kann.
18: P_AP-Bahn (Kurven-Getriebe) (Kompression Prinzip A)

a) Prinzip 1 stehendes Außenzahnrad: Änderung der Planetenarm-Richtung A zwischen TP ca. 280° KW und TP bei ca. 80° KW zur Vermeidung einer Kollision des K bei OT; der P_AP bewegt sich in diesem Segment auf der PAP-Bahn. Bei Richtungsänderung von A wird das Außenzahnrad direkt angesteuert durch z. B. einen Servo-/EC-Antrieb, oder durch ein System analog eines vollvariables Nockenwellenversteller-System mit Nockenwelle, Kipphebel/Schlepphebel und Stößel, oder einem elektromechanischen bzw. hydromechanischen Aktuator.
b) Prinzip 2 mitdrehendes Außenzahnrad: Änderung der Planetenarm-Richtung A zwischen ca. 80° KW und ca. 280° KW bei sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle drehenden Außenzahnrades – angetrieben durch die KW. Die Differenz-Steuerung für die A-Richtung zur Einstellung einer maximalen Tangentialkraft bei minimaler Hubdifferenz des Kolbens ΔH(K) erfolgt durch verschieden mögliche Antriebe mit vorgeschaltetem Differenzial-/Summiergetriebe, oder durch Direktansteuerung des Außenzahnrades durch ein System analog eines vollvariablen Nockenwellenversteller-Systems mit Nockenwelle, Kipphebel/Schlepphebel und Stößel, oder durch elektromechanische bzw. hydromechanische Aktuatoren.

Servo-Antrieb bei Prinzip 1: Bewegung des Planeten-Arms A zwischen TP ca. 280° KW und 80° KW, Außenzahnrad wird direkt gesteuert durch einen Servo-Antrieb.
Zur direkten Steuerung der Richtungsänderung des Planetenarms A, d. h. zur Rast des Kolbens etc., kann ein Servo-Motor (vorzugsweise 42 V Scheibenläufer oder EC-Motor) mit großer Leistung verwendet werden – eine Nebenwelle, angetrieben durch die KW, existiert bei dieser Variante nicht.
Die Integration eines Schneckengetriebes mit niedrigster Übersetzung – der Servo-Motor soll nicht so hohe Drehzahlen haben – erlaubt eine Selbsthemmung des Außenzahnrades gegen die große Pleuel-Stangenkraft bei Expansions und Kompression.
Umlaufgetriebe können Selbst- und Teilhemmung aufweisen:
[31] G151, 8.9 Umlaufgetriebe, 8.9.5 Selbsthemmung und Teilhemmung Wegen der durch die Tangentialkraft großen Drehmomente bei Selbsthemmung und Selbstbremsung (VDI 2158) können das Globoid-Schneckengetriebe, Kegelschneckengetriebe (Spiroidgetriebe, Globoidkegelrad) und Hypoidgetriebe Verwendung finden, auch im Planetenradsatz des E-Differenzial-Getriebes.
Prinzip 2: Außenzahnrad dreht sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle (Außenzahnrad mit KW gekoppelt) plus Differenzsteuerung.
Die Bewegung des Planeten-Arms A zwischen 80° KW und 280° KW bei sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle drehendem Außenzahnrades – angetrieben durch die KW. Die Differenz-Steuerung erfolgt durch einen Antrieb (siehe ff.) mit zwischengeschaltetem Differenzial-/Summiergetriebe.
Das Außenzahnrad (Stirnrad) dreht sich mit gleicher Geschwindigkeit simultan wie die Kurbelwelle, angetrieben durch eine mit der Kurbelwelle gekoppelten zweiten Welle (Basis-Drehzahl), so dass keine relative Richtungsänderung des Planetenarms A zur Kurbelwelle stattfindet. Die Differenz zur Richtungsänderung des Planetenarms A – in den Bereichen 80° KW bis 280° KW und 280° KW bis 80° KW – kann durch

– ein in der zweiten Welle und vor dem Außenzahnrad zwischengeschaltetes Differenzial-/Summiergetriebe, oder
– einen Servo-Motor/EC-Motor, oder
– ein Regelgetriebe (Reibrad, hydrostatisch, Spreizscheibe, etc.), oder
– einen elektromechanischer 42 V Aktuator am Außenzahnrad Z_A, (Innenrad fehlt, Planetenrad Z_P auf Position HZ gekoppelt mit Planeten-Arm), oder
– einem vollvariablen Nockenwellenversteller-System mit Nockenwelle, Kipphebel/Schlepphebel und Stößel, deren Kipphebel/Schlepphebel mit Stößel die Differenz-Oszillation des Differenzial-/Summiergetriebes indirekt, oder des Außenzahnrades direkt bewirkt.
– hydromechanischer Aktuator,

19: Variation A-Länge (Δ|A|) = A⁺ mit E-Differenzial-/Summiergetriebe
Die Zeichnung zeigt eine explizite Realisierung des Planetenarms A in OT'-Position mit kleinem Exzenter (die technisch einfachere Variante wird gezeigt in 22, 22a, 22b). Diese Figur zeigt, wie mit Hilfe eines zweiten Außenzahnrades, das simultan mit dem 1. Außenzahnrad rotiert und in das Planetengetriebe U₂ integriert ist, und mit einem gegenüber dem Planeten-Arm A losen Planetenzahnrad, das über ein Exzenter-Zahnrad (Z_E), mit einem Exzenter (E) im Pleuelanlegepunkt gekoppelt ist, die Länge des P-Arms A zur Vermeidung der Kollision des K bei Richtung A = 45° KW (Evolvente mit ungeregelter P_AP-Position) und relativ zum Prozess, verlängert oder verkürzt werden kann. Außerdem kann mit der Exzenter-Richtungseinstellung bei Expansion p_max' am Tangentenpunkt TP immer mit maximale Tangentialkraft F_Tmax' – zur Erzeugung des maximalen Drehmomentes M_max' – zur Wirkung kommen.
Ebenso kann bei der Kompression Prinzip A⁺ die zusätzlich Längendifferenz des Planenten-Arms A zwischen TP nach UT' eingestellt werden, so dass mit p_Kmax komprimiert werden kann.
Bemerkung: Wenn das Außenzahnrad von U₁ und U₂ mitrotiert, kann auch eine andere Übersetzung als 2:1 zwischen dem Planetenzahnrad und dem Außenzahnrad gewählt werden, weil in diesem Fall nur die relative Oszillationsdifferenz der Planetenarm-Richtungeingestellt werden muss.
Bei stehendem Außenzahnrad (Prinzip 1) mit Abwälzung des Planetenzahnrades muss eine Übersetzung von 2:1 gewählt werden, damit in UT- und OT-Position der P-Arm A in 180° VW-Richtung steht.
E-Differenzial-Getriebe/Summiergetriebe
19 zeigt, wie bei simultanem Drehen des Planetenrades Z_P1 für die Richtungssteuerung des Planeten-Arms A auch das Planetenzahnrad Z_P2 für die Längenänderung von A durch den Exzenter E so eingestellt werden kann, dass der Exzenter in der Grundstellung immer in die gleiche Richtung von A zeigt.
Die Längendifferenz von A wird dann über das 2. Differenzialgetriebe U₂ – als Differenz zur simultanen Bewegung des 1. Planetenzahnrades – über Z_P2 eingestellt als „Überlagerung" zum 1. Antrieb.
Dieses vor dem zweiten Außenzahnrad zwischengeschaltete Differenzial-/Summiergetriebe für die Exzenter-Rotation zur Längenänderung von A kann angesteuert werden durch

– einen Servo-Motor/EC-Motor. (Mit einem kleineren Servo-Motor, der sich leicht regeln lässt, kann in einem kleinen Bereich eine Positionsänderung am Ausgang zur Längensteuerung von A durch die Exzenterstellung E erreicht werden), oder
– durch ein Regelgetriebe (Reibrad, hydrostatisch, Spreizscheibe, etc.), oder
– einen elektromechanischer 42 V Aktuator am Außenzahnrad Z_A, (Innenrad fehlt, Planetenrad Z_P auf Position HZ gekoppelt mit Planeten-Arm), oder
– ein System analog eines vollvariables Nockenwellenversteller-System mit Nockenwelle, Kipphebel/Schlepphebel und Stößel, das die Differenz-Oszillation des Differenzial-/Summiergetriebes indirekt, oder des Außenzahnrades direkt bewirkt.
– hydromechanischer Aktuator

6.3.4 Ausstoßen
Das Auslassventil kann von OT' = φ₀''_max an, während der Verstellung des Planeten-Arms bis OT, schließen; es besteht dann keine Überschneidung mit dem Einlassventil. Analog zur Kompressions-Phase ist auch das gleiche kinematische Prinzip beim Ausstoßen des Restgases anwendbar: Es wird bei Prinzip A die große Tangentialkraft bis zum TP genutzt.
Beachte das Gasdruck-Diagramm beim Ausstoßen (Bsp. Luft-Federung), d. h. die Position des P_AP und Richtung von A mit maximaler Tangentialkraft muss durch die Differenz-Steuerung an den max. Gasgegendruck angepasst werden.
6.3.5 Fazit
Erfindungsgemäß wurde gezeigt, dass

a) bei Expansion durch eine geänderte Lage des Pleuels mit Planetenarm A, als Tangente an den Kurbelkreis, eine wesentlich größere Tangetialkraft F_Tmax' zur Wandlung in ein wesentlich größeres Drehmoment M_max' vorhanden ist, als beim klassischen Kurbeltrieb,
b) im Expansions-Prozess, durch Verlagerung des Brennanfangs V_A bzw. des positiven Druckbeginns gleich bei OT', der Expansions-Prozess beginnen kann, ohne dass der thermodynamische Verbrennungsprozess und/oder der 1. Hauptsatz verletzt werden.
c) Auch bei der Kompression können die PLV-Verfahren genutzt werden.

7. PLV-Triebwerk, PLZ-Exzenter-Prinzip (Prinzip C)
Das Exzenter-Prinzip mit verlagertem PLZ-Exzenter (E) ermöglicht einen Umlauf des Planetenarms A mit Zwangsführung/-kopplung – bei Abwälzung des Planetenzahnrades auf dem ruhenden Außenzahnrad (oder Innenzahnrad) – ohne Kollision des Kolbens mit dem Zylinderkopf, so dass ein einfaches Triebwerk (z. B. nur PLV-Kurbeltrieb) ohne Ansteuerung des Außenzahnrades (für eine variable Verdichtung etc.) realisiert werden kann.
Andererseits wird bei Rotations-Ansteuerung (Oszillation) des Außenzahnrades eine Variation des Hubes/der Verdichtung und Optimierung der Richtung der Stangenkraft in Relation zum Ort des Hubzapfens möglich.
Bei der Exzenterlösung mit E umschließt HZ – im Gegensatz zum umlaufenden Planetenarm – ist beim Durchschwingen des P_AP keine geteilte KW notwendig; eine geschmiedete KW wird vorzugsweise verwendet. Wegen der Umschließung kann eine Kollision mit der KW nicht stattfinden. Bei der Umlaufbewegung von A mit dem Exzenter erfolgt auch eine automatische Hubvergrößerung.
Planetenzahnrad, Exzenter mit Massenausgleich im E, können in einem Stück gefertigt und sodann zur Montage auf dem HZ in zwei Teile geteilt zu werden.
Vorschlag E-Konstruktion: Speichenstruktur im E Richtung HZ, Massenausgleich bei HZ.
Bei einer gebauten Kurbelwelle kann der PLZ-Exzenter und Hubzapfen HZ in einem Stück gefertigt werden mit integrierter Anordnung des Planetenzahnrades Z_P außerhalb der Kurbelwange K_W – entgegen der Anordnung bei geschmiedeter KW innerhalb der K_W mit 2-Schalen-Prinzip des PLZ-Exzenters.
Außerhalb: Im Raum zwischen Kurbelwange und Kurbelgehäusewand und wenn genügend Platz ist zwischen dem Hauptlagerzapfen HLZ und dem Innenzahnrad Z_i.
Bei gebauter KW ist das Planetenzahnrad Z_P mit einem Innenzahnrad Z_i auf dem Hauptlagerzapfen HLZ im Eingriff; das Z_i wird optional vollvariabel mit mech. Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischem Schwenkmotor etc. gesteuert.
Steht das Außenzahnrad Z_A oder das Innenzahnrad Z_i, dann dreht sich das Planetenzahnrad Z_P wegen U = 2:1 doppelt so schnell wie die Kurbelwelle (wegen > M < ω bzw. < n; vgl. 22c).
Rotiert Z_A oder Z_i simultan mit der Kurbelwelle, so wird mittels des PLZ-Exzenter-Verstellers nur die relative Winkeldifferenz zu Kurbelwelle für die

a) Einstellung der Richtung und Länge von A
b) optional zuzüglich prozessabhängige, treibstoffabhängige, Hub- und Stangenkraftrichtungs-Variation,

PLZ-Exzenterversteller-System
Die Ansteuerung zur Richtungsänderung des impliziten Planetenarms A wird erfindungsgemäß alternativ, statt durch ein Planetenrad-Getriebe, auch durch ein Prinzip analog eines Nockenwellenversteller-Systems (Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischer Schwenkmotor, etc)

a) direkt innerhalb des Außenzahnrades, oder
b) direkt auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle mit Proportionalventil z. B. auf der K_W montiert, oder
c) innerhalb des PLZ-Exzenters mit Oszillation ca. 180° relativ zum HZ, Proportionalventil z. B. auf der K_W montiert,

Das PLZ-Exzenterversteller-System erlaubt die vollvariable Richtungs- und Längensteuerung des PLZ-Exzenters.
Die Steuerzuleitungen bei hydraulischer oder elektrischer Steuerung des Verstellers kann dabei

a) durch die Kurbelwelle hindurch, oder
b) oder über einen Ölstrom-Bypass in der Kurbelwange/Kurbelzapfen, oder
c) mittels Zuführung über ein System an jeder rotierenden Kurbelwange,

7.1 PLV-Triebwerk, Exzenter-Prinzip
20: PLV-Triebwerk, Exzenter-Prinzip
Diese Figur zeigt das Grundprinzip des Exzenters in Position OT' bei dem ein impliziter Planetenarm A zur Wirkung kommt, weil der Exzenter den Hubzapfen umschließt und somit eine geteilte KW nicht notwendig ist – diese Prinzip ist technisch einfacher als die Lösung in 17 und 19.
7.2 PLV-Triebwerk, Exzenter-Prinzip, P bis TP
21: PLV-Triebwerk, Exzenter-Prinzip, P bis TP
Diese Figur zeigt das Grundprinzip des Exzenters in Position TP. Die Position TP wurde gewählt, um den HZ relativ zum Prozess und Verbrennungsanfang (positiver Druckanfang) bis OT' und OT'' zurückregeln zu können.
Folge: Der Planetenarm A steht bei OT' Und OT'' schräg.
7.3 PLV-Triebwerk, Exzenter-Pleuel
22: PLV-Triebwerk, Exzenter-Pleuel, P_AP-Ist-Bahn
In dieser Figur wird gezeigt, wie der P_AP bei Abwälzung des Planetenzahnrades auf dem innen verzahnten Außenzahnrad sich auf einer Evolventenbahn bewegt. Dabei wird das Maß x ersichtlich, welches als Differenz P_AP und P_AP-Bahn zur Vermeidung einer Kollision bei OT zurückgenommen werden muss, wenn keine variable Steuerung von A vorhanden ist.

Zum Zahnradgetriebe: [14, S. 71]: Vgl. Zahnradantrieb des Massenausgleich-Getriebes (BMW 318i)

Das Zahnflankenspiel ist auf Verlagerung und Drehschwingung abzustimmen.
22a: Exzenter-Pleuel verlagert von P_AP → P_AP' um y: Prinzip C Entscheidend ist die Kollisionsfreiheit des Kolben mit dem Zylinderkopf und die Hubzunahme (zur Verdichtung) bei Bewegung von 45° KW Richtung OT' und die Hubabnahme bei Expansion Richtung TP.
a) Starre und b) variable Kopplung zwischen Z_A und Z_P und mit variablem Hub/Verdichtung/Stangenkraftrichtung durch die Steuerung von Z_A.
Die variable Kopplung geschieht durch ein System analog eines vollvariables Nockenwellenversteller-System mit

a) einem Zahnrad das mit dem Z_A oszillierend verbunden ist, oder
b) einer Nockenwelle, die mit der KW gekoppelt ist – ein Kipphebel mit Stößel ist mit dem Z_A oszillierend verbunden.

Im Expansionsbereich von 45° bis 135° KW kann durch das System der Planetenarm A immer mit seiner Stangenkraft in die Richtung mit maximaler Tangentialkraft geschwenkt werden.
Eine andere variable Regelung wird durch ein Planetengetriebe/Differenzgetriebe möglich, das ebenfalls oszillierend das Z_A steuert.
Bei schräger Stellung von A in Bezug zur OT'-Richtung nach wirkt auf den HZ

a) die direkte Tangentialkraftkomponente der Stangenkraft und
b) über das Planetenzahnrad das Drehmoment mit einer indirekten Tangentialkraftkomponente durch Abstützung auf dem Außenzahnrad.

Das Z_A kann auch angesteuert werden durch:

– elektromechanischer Aktuator,
– hydromechanischer Aktuator,
– Piezo-Aktuator.

22b: Exzenter-Pleuel verlagert: Prinzip C – Mechanik
Diese Figur zeigt das Ergebnis der Konstruktion: Es werden nur zwei zusätzliche Teile benötigt: Außenzahnrad Z_A, Planetenzahnrad Z_P mit verlagertem Exzenter.
22c: Übersetzung Z_i:Z_P = 1:1
Diese Figur zeigt die Bewegung des Armes A bei Linksrotation durch ein Innenzahnrad und die Bewegung bei Rechtsrotation. Außerdem wird die Verlagerung in beiden Fällen gezeigt – diese Verlagerung ist größer als bei Ü = 2:1. Bei einer Übersetzung von Z_i:Z_P = 1:1 rotiert das Planetenzahnrad genau so schnell wir die Kurbelwelle, aber der UT bzw. der Hub ist anders als bei Ü = 2:1.
7.4 PLV-Triebwerk, Doppel-Exzenter/-Pleuel-Prinzip
23: PLV-Triebwerk, Doppel-Exzenter/-Pleuel-Prinzip
Diese Lösung ermöglicht einen vollvariablen Hub an jedem Ort auf dem Kurbelkreis zuzügl. Pleuel-Richtungs-Steuerung für die resultierende F_ST(A).
23a: PLV-Triebwerk, symmetrische Doppel-Exzenter/-Pleuel Bewegung mit KB auf Z_A
Diese Fig. Zeigt die symmetrische Pleuelsteuerung – immer mit der resultierenden in Richtung KB auf der Zylinderachse.
7.5 PLV-Triebwerk, Doppel-Exzenter/-Pleuel Schnitt
24: PLV-Triebwerk, Doppel-Exzenter/-Pleuel Schnitt
Die beiden Exzenter E mit Planetenzahnrädern können auf einer HZ-Welle montiert werden incl. Massenausgleich innerhalb E.
8. PLV-Triebwerk, Variation der Pleuelstangenlänge (Prinzip D)
8.1 PLV-Verlängerung/Verkürzung
Die Variation der Pleuelstangen-Länge mit Verlängerung/Verkürzung erfolgt z. B. mit einem hydraulischen Linearmotor, analog des hydraulischen Schwenkmotors, während der Kurbelzapfen umläuft. Der Linearmotor ist dabei in der Pleuelstange untergebracht.
9. Weitere Wirkungsgraderhöhungen
9.1 Erhöhung des gesamten thermischen Wirkungsgrades (V_th)
9.1.1 Thermischer Wirkungsgrad
Hinzu kommt mit dieser neuen PLV-Konstruktion auch die Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades durch die neuartige dynamische Variation des thermodynamischen Prozesses:

a) mehr Zeit für eine längere Abkühlphase beim Ansaugen und Verdichten
b) längere Zeit für die Abgasentfernung ohne Ventilüberschneidung
c) bessere Frischgaszufuhr ohne Ventilüberschneidung
d) längere Zeit für die Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches
e) höhere Kompression mit möglicher homogener Selbstzündung
f) Druckaufbau – und Expansions-Steuerung mit anderem p,F_T,V-Diagram
g) Dynamische Steuerung einer variablen Verdichtung – sie ist vor allem beim Ottomotor wirkungsgraderhöhend, da sein Verdichtungsverhältnis durch die Klopfneigung des Ottokraftstoffes begrenzt ist
h) durch niedrigere Drehzahl (wegen höherem Drehmoment) höherer Wirkungsgrad.

9.1.2 Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches/Emissionsverringerung
Desweiteren ist eine wesentlich bessere Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches, aufgrund des längeren Hubes mit Mehrfacheinspritzungen, vorhanden. Die Zeit wird nochmals verlängert durch die zusätzliche Zeit bis OT'.
Folge: Leistungserhöhung und Emissionsverringerung.

[17] S. 624 Bei Dieselkraftsoff: „Mehrfacheinspritzungen während des Kompressionshubes zur Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches und dessen definierte Zündung durch eine Haupteinspritzung. Da die homogene Selbstzündung auch für Ottomotoren interessant ist, nähern sich wahrscheinlich in Zukunft Verbrennungsverfahren der Diesel- und Ottomotoren einander an."

9.1.3 Bessere Druckumsetzung
Die Kinematik des Pleuellängen-Variators PLV erlaubt durch die Verlagerung von p_max eine bessere Druckumsetzung in ein wesentlich größeres Drehmoment während des gesamten Arbeitstaktes ab OT'. Die Druckentwicklung wird mit der neuartigen PLV-Steuerung voll ausgenutzt und in Arbeit umgesetzt; im klassischen Kurbeltrieb ist nach 55° KW (Verbrennungsende) kaum noch Gasdruck bzw. Tangentialkraft vorhanden – beim PLV besteht eine erheblich Phasenverschiebung.
Die PLV-Steuerung führt zur erheblichen Erhöhung des Drehmomentes/der Leistung, weil sie mit einer wesentlich größeren Tangentialkraft in den einzelnen Arbeitsspielen zur Wirkung kommt.
9.1.4 Bessere Gasaustausch Altgas/Frischgas
Bedingt durch die Zeit von TP bis UT' und weiter bis OT', d. h bis sich die Kurbelwelle mit HZ nach OT' gedreht hat, kann das verbrannte Gas bestens entweichen, ohne dass eine Überschneidung zwischen der Auslassventil-Schließung und Einlassventil-Öffnung und der damit zusammen hängenden Mischung Frischgas mit Altgas notwendig wäre. EV wird bis OT' geschlossen, EV öffnet ab OT' mit der Hubbewegung.
Folge: Das Frischgas enthält wesentlich weniger verbrannte Anteile als bei einem klassischen Kurbeltrieb. Hierdurch wird die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad ebenso erhöht.
9.2 Erhöhung des energetischen Wirkungsgrades V_energ

– Steuerung des Hubraums im Teillastbereich und Volllastbereich.
– Generelle Steuerung des momentanen Hubraums zur dynamischen Drehzahl-, Last- und Leistungsanpassung.

9.3 Weitere Effekte und vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Erfindung des PLV-Triebwerkes erlaubt:

a) mehr Leistung auf kleinerem Raum (Downsizing), auch ist
b) die Füllung höher, weil ein beim Langhub integrierter PLV-Inline-Kompressor verwendet wird.

10. Beschreibung eines Weges zur Ausführung der Erfindung:
Beispiel Wasserstoffmotor
Beim Wankelmotor bestehen zwei getrennte Kammern für Frischgas und Abgas; dadurch können keine Zündnester entstehen, weil sich die Abgaskammer abkühlen kann bevor das Frischgas hinein strömt.
Außerdem: Die Wasserstoffverbrennung läuft langsamer ab als beim Hubkolbenmotor.
Vergleich mit PLV-Triebwerk:
Dadurch, dass der Ansaugprozess erst ab OT' beginnt, kann das Abgas vorher sehr gut entweichen, die Auslass-Ventile (AV) sind spätestens bei OT' geschlossen bei (Überschneidung von A- mit E-Ventil nicht notwendig) – das Gemisch kann in dieser Zeit weiter abkühlen im Unterschied zum klassischen KW-System, so dass keine Zündnester mehr vorhanden sind.
Erst wenn im Ansaugtakt der Kolben seine Hubbewegung bei OT' beginnt, kann das Einlass-Ventil (EV) öffnen und das Frischgas mit großer Tangentialkraft angesaugt werden.
Durch diese PLV-Bewegung im PLV-Triebwerke haben wir ein Quasi-Zweikammer-Prinzip, das sich für die Wasserstoffverbrennung, insbesondere wegen des längeren Hubbereiches für die langsamere Verbrennung des Wasserstoffs, bestens eignet.
Durch die Exzenter-Längensteuerung des P-Arms A mit dem kleinen Exzenter im Pleuelanlegepunkt, oder durch eine Doppel-Exzenter-Lösung, mit der damit zusammenhängenden Verlagerung von OT', wird eine Prozess-Anpassung von OT', relativ zur p_max'-Position bei TP – wegen der länger dauernden Wasserstoffverbrennung (Verlagerung der p_max'-Position gegenüber anderem Treibstoff) – erreicht, womit der Wirkungsgrad steigt.
11. Ergebnis der Erfindung
Sowohl die ökonomischen wie auch die ökologischen Auswirkungen sind für den Verbraucher beträchtlich – die Leistungserhöhung oder Verbrauchsreduktion und der Emissionsverringerung gegenüber heutigen Verbrennungsmotoren sind zur Erreichung eines ökonomisch und ökologisch relevanten Effektes unerlässlich.
Die Innovation des PLV-Triebwerkes steht besonders im Dienste des Klimaschutzes. Diese Erfindung ist also volkswirtschaftlich und auch beim Treibhauseffekt (CO₂-Ausstoß) von außerordentlicher Bedeutung.
Dieses neuartige Triebwerk mit Pleuellängen-Variator-Prinzip läßt sich als effizienter Ersatz für klassische Hubkolben-Motoren, -Kompressoren, -Pumpen und andere Kurbeltrieb-Kraft-Drehmoment-Wandler, anwenden.
Anwendungen
Zukünftige effiziente Anwendung z. B. bei Benzin-, Gemisch-, Diesel-/Biodiesel, Wasserstoff-, Gas-, Biogas-Motoren (Energieumwandlung in der Kraft-Wärmekopplung).
II. Zeichnungen
1: Klassischer Kurbeltrieb
2: Energiebilanz-Systemgrenze, Bilanzgleichung
3a–c: Idealer Gleichraumprozess, p,V-Diagramm, Druckverlauf Verbrennung Tatsächliches p,V-Diagramm
4: Druckverlauf, HCCI-Motor Gasdruck-Diagramm
5: Druckverlauf, Otto-Motor Gasdruck-Diagramm
6a: Klassischer Prozess
6b: Klassischer Prozess + Verlagerung HZ von OT → OT' mit p_max → p_max'
6c: Klassischer Prozess + Verlagerung F_ST, F_T, mit p_max → p_max
6d: Transklassischer Prozess = Verlagerung p,V-Prozess + Verlagerung F_ST, F_T, mit P_max → T_max'
7: Verlagerte Stangenkraft F_ST' = F
8: PLV-Triebwerk Kompression Prinzip A
9: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip A
10: Vergleich PLV-Kompression Prinzip A mit klassischem Kurbeltrieb
11: PLV-Triebwerksfunktion mit verlagerter Tangentialkraft, Prinzip A
12: Umlaufgetriebe/Quasi-Planetengetriebe, Rechtskorrektur, Analogie „Bein", Prinzip A
13: Kompression bei OT', Prinzip B
14: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip B
15: Differenzielle H(ΔL)-Gegensteuerung für den Ort des Kolbens mit effektivem positiven Druckbeginn (+p_eff)
16: PLV-Triebwerk Expansion
17: Variation A-Richtung
18: PAP-Bahn (Kurven-Getriebe), Kompression Prinzip A
19: Variation A-Länge (Δ|A|) und E-Differenzial-/Summiergetriebe
20: PLV-Triebwerk, Exzenter-Prinzip
21: PLV-Triebwerk, Exzenterprinzip, P bis TP
22: PLV-Triebwerk, Exzenter-Pleuel, P_AP-Ist-Bahn
22a: Exzenter-Pleuel verlagert von P_AP → P_AP' um y: Prinzip C
22b: Exzenter-Pleuel verlagert: Prinzip C – Mechanik
22c: Übersetzung Z_i:Z_P = 1:1
23: PLV-Triebwerk, Doppel-Exzenter/-Pleuel-Prinzip
23a: PLV-Triebwerk, symmetrische Doppel-Exzenter/-Pleuel Bewegung mit KB auf ZA
24: PLV-Triebwerk, Doppel-Exzenter/-Pleuel Schnitt
25a–b: PLV-Triebwerk, p,F_T,V-Diagramm, Prinzip A und (B)
26: Felddruckkurve der Feldkraftmaschine
27 Systematik PLV-Wirkprinzipien
IV. Zusammenfassung PLV-Wirkung
1. Status
Die klassische Kurbelwelle war das beste Prinzip in der historischen Entwicklung der Kraft-Drehmomentwandler, aber sie wird durch das neuartige Triebwerk = Kurbelwellen-System KW + VW als Pleuellängen-Variator PLV nochmals erheblich und qualitativ verbessert.
2. Moderne Anforderungen an ein PLV-Triebwerk/-Motor/Antriebskonzeption:
Sehr hohe Energieeffizienz
PLV-Downsizing Prinzip A

• PLV-Triebwerk: Regelung des Bewegungsgesetzes des Kolbens (Hub) mit Richtung der Pleuelstange am Ort der Krafteinleitung auf dem Kurbelkreis (OT'), sowie dynamische Abstandsregelung zu p_max' am Tangentenpunkt TP bei Expansion – in Relation zum thermodynamischen Prozess, der Drehzahl (Voll-/Teillast) und der Treibstoffart.
• D. h. Verlagerung der a) Pleuelstangenkraft und b) des thermodynamischen Prozesses zum Tangentenpunkt TP auf dem Kurbelkreis. Folge: Erheblich höheres Drehmoment mit niedrigerer Drehzahl und geringerem Treibstoffverbrauch/CO₂ (kleinerer, somit leichterer Tank).
• Vorteile von Benzin- und Ottomotor vereinen: Bei Start und Volllast Zündung per Zündkerze, im Teillastbereich bei niedrigen und mittleren Drehzahlen automatische Umschaltung auf Selbstzündung (Selbstzünder). Somit sehr gute Verbrennung und damit geringer Ausstoß an Stickoxiden; weitere Abgasreinigung mit serienüblichem Dreiwege-Kat.
• Betrieb mit Benzin oder Diesel oder synthetische Kraftstoffe (extrem variable Verdichtungs- und Ortsregelung zu p_max'), somit ist auch ein Vielstoffprinzip anwendbar. Bem: Insbesondere beim Diesel mit klassischem Kurbeltrieb entsteht eine hohe Radialkraft auf die Kurbelwellenlager – das existiert so beim PLV-Triebwerk nicht, denn diese Kraft wird tangential in ein Drehmoment umgesetzt. Der Punkt der maximalen Verdichtung liegt auch in der Nähe des Tangentenpunktes bei OT', weshalb auch nur ein geringer Druck aus der Verdichtung auf das Kurbelwellenlager wirkt.
• Direkteinspritzung
• Variable Verdichtung

Downsizing Prinzip B

• Impliziter Kompressor statt Turboaufladung: Faktor 1,4 mehr an Luftvolumen.

Dowsizing Prinzip C

• Plattformtechnologie zur nachhaltigen Senkung des CO₂-Flottenverbraus durch Voll-Hybridprinzip: Treibstoff- & Elektro-Antrieb zum kurzzeitig emissionsfreien Fahren. In der Stadt: Emissionsfreies Fahren bis 60 km/Std. Beschleunigungsphasen: Elektromotor (ggf. FKE-Hubkolben-E-Motor) unterstützt PLV-Verbrennungsmotor. Autobahn: Sparsamer und leistungsstarker PLV-Verbrennungsmotor.
• Jeder der eingesetzten Motoren übernimmt die Aufgabe, die er am besten und energieeffizientesten beherrscht: E-Motor hat im unteren Bereich ein großes Drehmoment für das energieaufwendige Anfahren und im Stadtbetrieb (Stop-and-go-Verkehr, Start-Stopp-Automatik von Bosch (Mikro-Hybrid)). Verbrennungsmotor hat seine Stärken im oberen Drehzahlbereich (das ist auch beim PLV-Triebwerk so), allerdings liegt die Basisdrehzahl – wegen des hohen PLV-Drehmomentes – viel niedriger als beim klassischen Kurbeltrieb-Motor.
• Ausgleich der verringerten Leistung durch den Elektromotor und Energiemanagement (Nutzung der Verlustquellen, z. B. Bremsenergie, optimiertes Brennverfahren).
• Strom für E-Motor liefert ein Generator (ggf. FKE-Hubkolben-E-Generator), der über den PLV-Verbrennungsmotor beim Bremsen (Bremskraftrückgewinnung z. B. für Bordelektronik), oder im Schubbetrieb aufgeladen wird.

Elektrisches System

• 42-Volt-Sytem/Hochspannungsbordnetz (Verzicht auf zusätzliche Batterie) plus Kurbelwellen-Starter-Generator und elektromech. Ventilsteuerung.
• Einsatz elektronischer Systeme für Motor-Module.
• Neue Lithium-Ionen-Batterie (Degussa).
• Rein elektronisches Bremsen.

Markt
• Chancen am Markt durch akzeptable Mehrkosten mit erheblicher Verbrauchs- und CO₂-reduktion.
3. Lösung:
27: Systematik PLV-Wirkprinzipien
3.1 Verlagerung der Stangenkraft
Bei konstanter (Rast) Kolbenposition in OT, wird die Pleuel-Stangenkraft F_St nach OT', OT'' oder OT''' verlagert, so dass die Pleuel-Stangenkraft F_St' am Tangentenpunkt TP mit Maximaldruck p_max' die wesentlich größere Tangentialkraft F_Tmax' generiert, womit ein wesentlich größeres Drehmoment auskoppelbar wird.
Folge:
Wesentlich größerer mechanischer Wirkungsgrad, wenn die Kompression diesen Effekt nicht eliminiert – die Erfindung zeigt, dass dies nicht der Fall ist und außerdem wird der Energieerhaltungssatz nicht verletzt.
Figuren:
9: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip A
In dieser Figur wird auf einfache Weise die Verlagerung des thermodynamischen Prozesses nach OT' (gilt auch für OT', OT'') gezeigt. Dabei wird klar, dass der erste Hauptsatz der Thermodynamik nicht verletzt wird, weil der ganze und gleiche Prozess nur an einer anderen Stelle des Kurbeltriebs abläuft.
14: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip B
Hier wird gezeigt, wie die Kompression in zwei Stufen ab UT mit VW bei VW_UT beginnt und bei OT' (gilt auch für OT', OT'') bzw. TP (ca. 80° KW) endet.
Die 1. Stufe erfolgt von UT bei VW_UT bis OT, dann erfolgt die 2. Stufe mit Drehung des Planetenarms (Verlängerung) bis OT' mit p_Kmax bzw. bis TP mit p_Kmax durch partielle Verlängerung von A durch den kleinen Exzenter im P_AP.
Durch die längere Zeit kann die Kühlung verbessert und die Anzahl der Mehrfacheinspritzungen erhöht werden.
18: P_AP-Bahn (Kurven-Getriebe) (Kompression Prinzip A)

a) Prinzip 1 stehendes Außenzahnrad: Änderung der Planetenarm-Richtung A zwischen TP ca. 280° KW und TP bei ca. 80° KW zur Vermeidung einer Kollision des K bei OT; der P_AP bewegt sich in diesem Segment auf der PAP-Bahn. Bei Richtungsänderung von A wird das Außenzahnrad direkt angesteuert durch z. B. einen Servo-/EC-Antrieb, oder durch ein System analog eines vollvariablen Nockenwellenversteller-Systems mit einem Zahnrad, oder einer Nockenwelle und Stößel, oder durch einen elektromechanischen bzw. hydromechanischen Aktuator.
b) Prinzip 2 mitdrehendes Außenzahnrad: Änderung der Planetenarm-Richtung A zwischen ca. 80° KW und ca. 280° KW bei sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle drehenden Außenzahnrades – angetrieben durch die KW. Die Differenz-Steuerung für die A-Richtung zur Einstellung einer maximalen Tangentialkraft bei minimaler Hubdifferenz des Kolbens ΔH(K) erfolgt durch verschieden mögliche Antriebe mit vorgeschaltetem Differenzial-/Summiergetriebe oder durch Direktansteuerung des Außenzahnrades durch ein System analog eines vollvariablen Nockenwellenversteller-System mit Zahnrad, oder einer Nockenwelle und Stößel, oder durch elektromechanische bzw. hydromechanische Aktuatoren.

20–24: PLV-Triebwerk, PLZ-Exzenter-Prinzip
PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Lager-Zapfen (PLZ), ist dadurch gekennzeichnet, dass ein den Hubzapfen umschließender großer PLZ-Exzenter mit Pleuelanlegepunkt-Mittelpunt P_AP noch um einen Betrag y nach P_AP' verlagert wird, so dass der P_AP bei Rotation mit dem Planetenzahnrad und dessen Abwälzung auf dem ruhenden Außenzahnrad (oder Innenzahnrad), einer Zwangsführung/-kopplung mit automatischer Verlängerung/Verkürzung der Pleuellänge, und ohne Kollision des K bei OT, ohne Überschreitung der Pleuelanlegepunkt-Bahn und ohne Kollision mit der KW, folgt.
PLZ-Exzenterversteller-System
Die Ansteuerung des Versteller-Systems zur Richtungsänderung des impliziten Planetenarms A wird erfindungsgemäß alternativ, statt durch ein Planetenrad-Getriebe, auch durch ein System mit Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischer Schwenkmotor, etc., analog eines Nockenwellenversteller-Systems, durchgeführt.
25: PLV-Triebwerk, p,F_T,V-Diagramm Prinzip A und (B)
Hier wird der reale Prozess mit PLV-Triebwerk gezeigt: Es besteht eine erhebliche Abweichung zum klassischen Prozess mit Kurbeltrieb.
26: Felddruckkurve der Feldkraftmaschine
Der Vergleich mit dem Gasdruck-Diagramm einer Wärmekraftmaschine (Verbrennungsmotor) zeigt die Ursache für die Erfindung des PLV-Triebwerkes: Bei sich abstoßenden Feldbatterien (FB, z. B. Magnete) ist die Kraft am größten, wenn sich die Flächen berühren, und wenn in dieser Position durch den Felddruck die Pleuel-Stangenkraft in OT auf die Kurbelwelle wirkt, so kommt kein Drehmoment zustande, weil die Tangentialkraft Null ist – deshalb wurde der PLV erfunden, um die Stangenkraft am Tangentenpunkt für ein maximales Drehmoment einleiten zu können.
Bei der Gasdruckkurve kommt der maximale Gasdruck zeitlich später zustande – das Problem ist aber ähnlich gelagert. Wenn p_max beim Tangentenpunkt läge, so würde man kein PLV-Triebwerk benötigen, weil dann beim klassischen Kurbeltrieb p_max und F_Tmax örtlich zusammenfallen würden.
3.2 Verlagerung thermodynamischer Prozess
Bei konstanter Kolbenposition in OT, wird der thermodynamische Prozess mit dem Verbrennungsanfang V_A bzw. Anfang des positiven Drucks nach OT' (OT'' oder OT''') verlagert, so dass am Tangentenpunkt TP p_max' mit F_Tmax' zur Wirkung kommt.
Folge: Wesentlich besserer thermodynamischer Wirkungsgrad.
4. Das PLV-Triebwerk ermöglicht im Gegensatz zum klassischen Kurbeltrieb:
4.1 Drehmomentvergrößerung
Durch die bei Expansion größere Tangentialkraft F_T' – bei konstanter OT-Kolbenposition und gleichem p_max – jedoch mit verlagertem OT-KW nach OT' (OT'', OT''')-KW, wird eine wesentlich größeres Drehmoment und damit mehr mech. Arbeit ausgekoppelt.
Der mechanische Wirkungsgrad des Kraft-Drehmoment-Wandlers „Kurbeltrieb" steigt bei Expansion erheblich.
Beim PLV-Triebwerk ist das Drehmoment deshalb wesentlich höher als beim KT, d. h. bei gleicher Leistung kann die Drehzahl in gleichem Maße fallen wie das Drehmoment steigt, oder der Motor entsprechend kleiner werden (Down-Sizing).
Mit fallender Kolbengeschwindigkeit fallen auch Massenkräfte, Verschleiß, Strömungsverluste, Reibleistung, Geräusch.
Außerdem beeinflusst das PLV-Verfahren positiv den Wirkungsgrad durch das zeitlich längere Ansaugen von OT' (OT'', OT''') bis UT_VW, Verdichten bei Prinzip B von UT_VW bis OT' (OT'', OT''')_, Verbrennen/Arbeiten bis Punkt 5 im p,V-Diagramm und Ausstoßen von UT_VW bis OT' (OT'', OT''').
Es gibt einen optimalen Betriebs-Wirkungsgrad.
4.2 Hubvergrößerung (Inline-Hubvergößerung)
Durch die Einführung eines Planeten-Arms A, mit Variation der Richtung von A, kann bei UT-KW der Hub vergrößert werden, weil auch die Variatorwelle WV bzw. PLZ-Exzenter mit dem Planetenarm A auf UT_VW gestellt werden kann bzw. wird. Demzufolge kann/wird min. ein Faktor ca. 1,4 (plus ΔL der Exzenterverlagerung/-verstellung) mehr Luft komprimiert. Wird der kleine Exzenter E auf „längste Länge A" gedreht, so wird der Hub weiter vergrößert.
4.3 1. Vergrößerung der thermodynamischen Wirkung
Durch die Verlagerung des kompletten thermodynamischen Prozesses vom Verbrennungsanfang V_A mit Beginn des positiven Drucksan nach OT' (OT'', OT'''), d. h. auf die positive Seite der Arbeit W₁ mit dem Weg W₁, wird aus –(p,V_VA→OT) nun der positive Betrag +(p,V_VA→OT) und demzufolge mehr Arbeit auskoppelbar.
4.4 2. Vergrößerung der thermodynamischen Wirkung
Durch die Vergrößerung der Hublänge (Langhub min. Faktor ca. 1,4 plus ΔL der Exzenterverlagerung/-verstellung) wird der thermodynamische Ausdruck von <(p,V_VE→UT) auf >(p,V_VE→UT) vergrößert.
4.5 Prozessvariation durch dynamisch steuerbaren Bewegungsverlauf des Kolbens
Durch die Variation der A-Länge, z. B. mittels eines kleinen Exzenters, oder durch Änderung der A-Richtung beim großen PLZ-Exzenter, kann bei Expansion der Ort von OT' (OT', OT'') und damit p_max' mit F_T' bei TP, während des thermodynamischen Prozesses, drehzahlabhängig, lastabhängig und treibstoffabhängig in Bezug auf den Abstand OT' (OT'', OT''') zu TP variiert werden.
D. h. die Richtung und wirksame Länge des Planetenarms A kann so eingestellt werden, dass bei Expansion die größte Tangentialkraft bei TP in Relation zur minimal veränderten Kolbenposition, d. h. bei kleiner Hubdifferenz und mit höchstem Druck, entsteht.
4.6 Verbrennungsdruck-Verlagerung bei Expansion
Beim klassischen Kurbeltrieb ist bei Verbrennungsanfang V_A vor OT ein niedriger Verbrennungsdruck und bis OT dann ein höherer Verbrennungsdruck des Gemisches vorhanden (beide wirken bis OT stark negativ auf das Schwungmoment der Schwungscheibe und stark negativ als Radialkraft auf die Kurbelwellenlager).
Beim PLV-Triebwerk wird

a) dieser Verbrennungsdruck-Anfang mit Anfang des positiven Drucks auf OT' (OT'', OT''') verlagert, und
b) es wird auch der höhere Verbrennungssdruck und positive Druck bei OT nach OT' (OT'', OT''') verlagert. Demzufolge ist eine große, reine verbrennungsbedingte, Tangentialkraft-Komponente mit wesentlich höherem Drehmoment ab OT' (OT'', OT''') über TP vorhanden, was den Wirkungsgrad wesentlich steigert.

4.7 Kompressions-Verlagerung
Entscheidend für die Steuerung des Planetenarms A ist die Arbeitsdiffenenz ΔW von W_E. = W₁ zu W_K = W₂, bzw. Energiedifferenz ΔE, d. h. E_E zu E_K, sie soll größer sein, als beim klassischen Kurbeltrieb.
Es gibt beim PLV die Kompressions-Prinzipien A und B.

Prinzip A: Kompression endet bei TP (ca. 280° KW) und wird isochor verlagert nach OT' (OT'', OT''').
Prinzip B mit Verlagerung von P_Kmax nach OT' (OT', OT'') bzw. TP:

13: Kompression bei OT', Prinzip B
14: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip B
Beim Kompressionsprinzip B gibt es verschiedene Hub-Varianten: B1, B2, B3, B4:

B1–B3: Der Hub erfolgt in zwei Stufen:

1. Stufe: HZ = 180° KW bis HZ = 0° KW = Planetenarmposition A₀. bzw. A₁ bei VW 225° (vgl. Höhe Kolben-Position). In der 1. Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (KW-Rechtsrotation) zur Kompression genutzt-hierbei dreht der Planetenarm A vorzugsweise mit Linksrotation.
2. Stufe: Die 2. Stufe beginnt bei HZ = 0° KW und endet bei HZ OT' ca. 70° KW oder TP ca. 80° KW. In der 2. Stufe muss entgegen (Linksrotation) der Umlaufrichtung der KW die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression.

Variante B4: Der gesamte Hub von UT bis OT' (OT'', OT''') (H = H1 + H2) wird stetig/funktional über die Hubhöhe, oder dem Kurbelwinkel gesteuert.

15: Differenzielle H(ΔL)-Gegensteuerung für den Ort des Kolbens mit effektivem positiven Druckbeginn (+p_eff)
Der effektive Kolbenhub H_eff mit effektivem positiven Druck (+p_eff) – bei Voll- bis Teillast – wird als Differenz zwischen dem Kolbenhub H(ΔA) durch

a) die Planetenarm-Richtung A minus H(ΔL) durch die Exzenterstellung des kleinen Exzenters E, oder
b) durch die Planetenarm-Richtung des großen PLZ-Exzenters (22-24),

Das Optimum der verschiedenen Prinzipien zeigt die Energiebilanz: Einerseits durch die aufzuwendende Kompressionsarbeit, andererseits durch die Erwärmung des Gemisches. Wenn möglich soll das Gesamtergebnis der beiden Kompressionstufen/des Kompressionsvorgangs näherungsweise adiabatisch sein, was von der Kompressionsgeschwindigkeit abhängt.
Der Prozess ist umso idealer/adiabatischer, je langsamer und gleichmäßiger er abläuft – bei möglichst hohem Verdichtungsgrad.
Energie für die Verlagerung nach OT' (OT'', OT''') bei Prinzip B

1. Hubstufe: In der 1. Hub-Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (rechts) zur Kompression genutzt.
2. Hubstufe: In der 2. Hub-Stufe muss entgegen der Umlaufrichtung (links) der KW-Rotation die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression.

Damit die Arbeit/Energie-Verluste klein bleiben, wird die Steuerung des Planetengetriebes für die Richtung des Planetenarms (beachte Bereich zwischen Voll- und Teillast-Kompression (Kolbenhub)) durch:

a) indirekte Verfahren aus Schwungenergie: – elektromechanischer Aktuator, – hydromechanischer Aktuator, – Piezo-Aktuator,
b) direkte Verfahren aus Schwungenergie: – vollvariables System mit Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischem Schwenkmotor, etc., analog eines vollvariablen Nockenwellenversteller-Systems, mit Nockenwelle, Kipphebel/Schlepphebel und Stößel am Außenzahnrad; die Nockenwelle ist mit KW gekoppelt, so dass eine Zwangsführung/-kopplung entsteht,

Zwangsführung/-kopplung
Erfindungsgemäß besteht eine Zwangsführung/-kopplung zwischen OT und OT' (OT'', OT''') bzw. TP derart, dass eine feste Beziehung zwischen der Position des HZ der KW und der Richtung bzw. Länge des Planetenarms A und der damit zusammenhängenden Kolbenposition (Hub) besteht, so dass der HZ, d. h. die KW, sich nicht weiterdrehen kann, wenn der Kolben nicht die entsprechende Kompression bewirkt hat.
Durch die Zwangsführung/-kopplung der absoluten Kolbenposition mit der absoluten HZ-Position der KW kann der erreichte Kompressionsdruck – über Kolben-Hub, Pleuel und Planetenarm – die Kurbelwelle nicht in eine andere Ist-Position verstellen, als die Soll-Position vorgibt.
Die Richtung des Planetenarms wird funktionsabhängig nicht nur kinematisch, sondern dynamisch, d. h. abhängig von der Kolbenkraft/Kompressionsdruck zur eingeleiteten Schwungenergie, in Geschwindigkeit/Beschleunigung, gesteuert.
Am besten ist die Zwangsführung/-kopplung erklärbar beim direkten Verfahren mit System Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischem Schwenkmotor, etc., analog eines vollvariablen Nockenwellenversteller-Systems, mit Nockenwelle, Kipphebel/Schlepphebel und Stößel, welche das Außenzahnrad des Differenz-/Summiergetriebe (Quasi-Planetengetriebes) indirekt oder direkt steuert, d. h. das vollvariable Nockenwellenversteller-System mit seiner Nockenfunktion ist über die Kurbelwelle gekoppelt mit dem Außenzahnrad, so dass sich die Planetenarm-Richtung zwangsweise mit der umlaufenden KW-Position ändern MUSS. Die Nockenfunktion ist die Zwangsführung/-kopplung zur absoluten Abhängigkeit der KW-HZ-Position mit der Planetenarm-Richtung.
Alternativ ist ein vollvariables System mit Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischem Schwenkmotor, etc., mit Zahnrad-Kopplung im Eingriff mit dem Außenzahnrad verwendbar.
Die Steuer-Bewegung des Planetenarms kann oszillierend, d. h. Verlängerung von OT bis OT' (OT'', OT''') und Verkürzung von ca. 135° KW bis UT = 180° KW, oder fortlaufend, d. h. Verlängerung und Verkürzung in einer Rechts- oder Links-Rotation, erfolgen.
Vorteil Prinzip B:
Beim Prinzip B ist eine wesentlich längere Zeit zum Komprimieren vorhanden (ca. 180° + 70° = 250°) als beim Prinzip A (ca. 100°), und die Kompression mit p_Kmax erfolgt genau an der richtigen Stelle bei OT' (OT'', OT'') und es besteht eine variable Steuerung für das Bewegungsgesetzes des Kolbens.
4.8 PLV-Triebwerk, Exzenter-Prinzip (Prinzip C) (22–24)
PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Lager-Zapfen (PLZ), ist dadurch gekennzeichnet, dass ein den Hubzapfen umschließender große PLZ-Exzenter mit Pleuelanlegepunkt-Mittelpunt P_AP noch um einen Betrag y nach P_AP' verlagert wird, so dass der P_AP bei Rotation mit dem Planetenzahnrad und dessen Abwälzung auf dem ruhenden Außenzahnrad (oder Innenzahnrad), einer Zwangsführung/-kopplung mit automatischer Verlängerung/Verkürzung der Pleuellänge, und ohne Kollision des K bei OT, ohne Überschreitung der Pleuelanlegepunkt-Bahn und ohne Kollision mit der KW, folgt.
Bei Verwendung des verlagerten PLZ-Exzenters ist eine variable Prozesssteuerung und Verdichtungssteuerung durch eine aktive Differenzsteuerung des Außenzahnrades mit variabler Richtung von A möglich, wobei bei schrägem Planetenarm A die Stangenkraft sowohl mit einer resultierenden 1. Tangentialkraftkomponente direkt auf den Hubzapfen der KW, wie auch über das Drehmoment des Planetenzahnrades, abgestützt auf der Innenverzahnung des Außenzahnrades, mit einer 2. Tangentialkraftkomponente indirekt auf die KW wirkt.
Bei Verwendung eines Doppel-Exzenters auf dem gleichen Hubzapfen ist außerdem eine Richtungssteuerung für die resultierende Stangenkraft-Richtung gegeben, so dass passend zur Kolbenposition eine optimale Krafteinleitungsrichtung direkt auf die HZ-Position eingeleitet wird – passend zur HZ-Position kann auch der Hub und damit die Verdichtung variiert werden.
Bei einer gebauten Kurbelwelle kann der PLZ-Exzenter und Hubzapfen HZ in einem Stück gefertigt werden mit integrierter Anordnung des Planetenzahnrades Z_P außerhalb der Kurbelwange K_W – entgegen der Anordnung bei geschmiedeter KW innerhalb der KW mit 2-Schalen-Prinzip des PLZ-Exzenters.
Außerhalb: Im Raum zwischen Kurbelwange und Kurbelgehäusewand und wenn genügend Platz ist zwischen dem Hauptlagerzapfen HLZ und dem Innenzahnrad Z_i.
Bei gebauter KW ist das Planetenzahnrad Z_P mit einem Innenzahnrad Z_i auf dem Hauptlagerzapfen HLZ im Eingriff; das Z_i wird optional vollvariabel mit mech. Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischem Schwenkmotor etc. gesteuert.
Steht das Außenzahnrad Z_A oder das Innenzahnrad Z_i, dann dreht sich das Planetenzahnrad Z_P wegen Ü = 2:1 doppelt so schnell wie die Kurbelwelle (wegen > M → < ω bzw. < n; bei Ü = 1:1 rotiert das Planetenzahnrad genau so schnell wie die KW, vgl. 22c).
Rotiert Z_A oder Z_i simultan mit der Kurbelwelle, so wird mittels des PLZ-Exzenter-Verstellers nur die relative Winkeldifferenz zu Kurbelwelle für die

PLZ-Exzenterversteller-System
Die Ansteuerung des Versteller-Systems zur Richtungsänderung des impliziten Planetenarms A wird erfindungsgemäß alternativ, statt durch ein Planetenrad-Getriebe, auch durch ein System mit Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischem Schwenkmotor, etc., analog eines Nockenwellenversteller-Systems,

a) direkt innerhalb des Außenzahnrades, oder
b) direkt auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle mit Proportionalventil z. B. auf der KW montiert, oder
c) innerhalb des PLZ-Exzenters mit Oszillation ca. 180° relativ zum HZ, Proportionalventil z. B. auf der K_W montiert,

4.9 Variation der Pleuelstangenlänge (Prinzip D)
Die Variation der Pleuelstangen-Länge mit Verlängerung/Verkürzung erfolgt z. B. mit einem hydraulischen Linearmotor, analog des hydraulischen Schwenkmotors, während der Kurbelzapfen umläuft. Der Linearmotor ist dabei in der Pleuelstange untergebracht.
4.10 Kühlung des Gemisches
Prinzip A
Durch die isochore Verlagerung des komprimierten Gemisches von TP (ca. 280° KW) nach OT' (OT'', OT''') vergeht Zeit, womit sich das komprimierte Gemisch ab TP abkühlen kann bzw. abgekühlt werden kann – dabei sinkt der Druck.
Durch die Abkühlung steigt ebenso der thermodynamische Wirkungsgrad.
Prinzip B
Optimal ist bei langsam drehender Maschine eine näherungsweise adiabatische Verdichtung von UT bis OT' mit p_Kmax bei OT' bzw. TP. Auch bei diesem Prinzip kann sich das Gemisch in dieser Zeit abkühlen bzw. gekühlt werden.
Prinzip C
Prinzip C wendet Prinzip B an, d. h. es ist eine optimale Zusammenlegung des Endes der Kompressions-Phase mit dem Beginn der Expansion vorhanden.
Prinzip D
Prinzip D wendet Prinzip B an.
4.11 Besser homogenisiertes Teilgemisch und Leistungssteigerung
In dieser verlängerten Zeit können auch mehr Mehrfacheinspritzungen des Treibstoffs erfolgen, was ein besser homogenisiertes Teilgemisch erzeugt. D. h. die Verbrennung wird optimiert, womit der CO₂- und Stickoxid-Gehalt sinkt und der Wirkungsgrad steigt. Eine Leistungssteigerung kann durch Steigerung der Drehzahl oder des Drehmomentes realisiert werden.
Bei DM und OM mit Direkteinspritzung ist die Drehzahl auch durch die zur Gemischbildung erforderliche Zeit begrenzt. Der DM hat deshalb eine deutlich niedrigere Höchstdrehzahl. Durch das PLV-Triebwerk kann wegen der längeren Zeit von UT bis OT' die Drehzahl und damit die Leistung erhöht werden.
4.12 Verkleinerung der Reibung und damit der Verlustarbeit W_R
Beim klassischen Kurbeltrieb entsteht erheblicher Expansions-Gasdruck von OT bis p_max mit der Folge großer Radialkraft FR auf das Kurbelwellenlager. Dadurch entsteht ein großer Reibungsverlust WR.
Beim PLV-Triebwerk wird p_max' beim Tangentenpunkt erreicht, so dass die Radialkraft FR sehr klein ist. Demzufolge ist der Reibungsverlust WR erheblich kleiner als beim klassischen Kurbeltrieb.
Die Konstruktion kann wegen der niedrigen Radialkräfte „leichter" werden.
5. Quintessenz
Mechanische Wirkungsgraderhöhung:
Die Leistung ist gleich Drehmoment mal Winkelgeschwindigkeit (P = M·ω) – richtig? Die Treibstoffenergie E_K bezieht sich auf 100% (99,9%) Treibstoffverbrauch bei einer bestimmten Drehzahl n – richtig?
Wenn durch das PLV-Triebwerk das Drehmoment durch die mech. Verlagerung erhöht werden kann um den Faktor x, so kann die Drehzahl gleichermaßen um den Faktor x sinken – bei gleicher Leistung – richtig?
Demzufolge sinkt der Treibstoffverbrauch mit dem Faktor x pro Zeiteinheit – richtig?
Thermodynamische Wirkungsgraderhöhung:

a) Durch die Verlagerung des Prozesses von OT nach OT', d. h. der Verbrennungsanfang V_A beginnt nicht vor OT, sondern nach OT bei OT',
b) die Kompression erfolgt bei Prinzip B über ca. 250° KW, d. h. ca. 1,4 mal langsamer pro Zeiteinheit als der klassische KT – in dieser Zeit kann sich das komprimierte Gemisch weiter abkühlen und länger gekühlt werden,
c) der Motor läuft mit Faktor x kleinerer Drehzahl; das kältere Gemisch kann höher verdichtet werden,
d) die mit Faktor x kleinere Drehzahl hat erhebliche thermodynamische Auswirkungen,
e) der Druckverlust Δp bei Hub-Beginn ab OT' und bei gleichzeitigem Druckaufbau p_VA nach Verbrennungsbeginn ab OT', soll im Gleichgewicht stehen bis ab diesem Gleichgewichtspunkt nur ein Drucküberschuss die Tangentialkraft auf die KW erzeugt; diese differenzielle Kolben-Hub-Funktion wird durch die Exzenterstellung mit der Planetenarmlänge A relativ zur Hubzapfen-Position geregelt.

Das Prinzip dieses Triebwerks mit Pleuellängen-Variator ist sehr effizient auch bei Hubkolben-Kompressoren, Hubkolben-Pumpen und bei PLV-Kurbeltrieben etc. sowie bei der Feldkraftmaschine einsetzbar.
Das PLV-Triebwerk begründet wegen der erheblichen mechanischen und thermodynamischen Wirkungsgradverbesserung ein neues Paradigma. Wesentlich sind:

a) das PLV-Triebwerk als neuartiger „PLV-Kurbeltrieb" und
b) das PLV-Triebwerk als neuartiger „PLV-Motor".

V. Ausgewählte Literatur
A. Literatur Motorkonzepte
Text im Bold: Kommentar H. Wenz

[1] v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 S. 51 Kurzhuber Der Zylinderdurchmesser beeinflusst die Leistung des Motors. Der Kolbenhub ist für die Motordrehzahl und für die Gesamthöhe verantwortlich. Neben diesen Absolutgrößen spielt auch das Verhältnis zwischen dem Kolbenhub und der Zylinderbohrung, das Hub-Bohrungs-Verhältnis, eine wesentliche Rolle. Vorteile Kurzhuber – Bei gleicher Schnellläufigkeit (v_m = konstant) kann die Motordrehzahl und damit die Motorleistung erhöht werden. – Das Drehmomentmaximum verschiebt sich dabei ebenfalls in den Bereich höherer Drehzahlen. – Größere Ventilquerschnitte haben keinen Einfluss (Verhältnis Ventilquerschnitt zu Kolbenoberfläche) ... Für gute Restgasausspülung möglichst große Ventilquerschnittsflächen (bei Ladermotor) S. 53 Fazit: Kurzhuber repräsentiert höheres Leistungspotenzial. Größere Oberfläche des Brennraumes vergrößert die Wärmeverluste.
[2] van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x S. 513 Kurbelwellenlose Triebwerke – Kurvenbahn-Motoren – Kurvenscheiben-Motoren S. 660 Motorenkonzepte S. 675 Kurbelwellen lose Triebwerke S. 675 Kurvenscheiben-Motoren – Verbesserung des PLV-Bewegungsverlaufes der Kolben zur Verbesserung des thermodynamischen Prozesses. – Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades der Umwandlung von oszillierender in rotierende Bewegung Rollen wirken auf eine Kurvenscheibe (Lemiskate) Kurvenbahn-Motoren Rollen greifen an der sinusförmigen Kurvenbahn an. S. 676 Schiefscheiben- oder Schrägscheiben-Motoren → Ungünstige tribologische Verhältnisse bei der Kraftübertragung. S. 676 Taumelscheiben-Motor Insgesamt haben diese Drehmomentwandler wesentliche Nachteile, weil die Kraftübertragung durch Rollen mit Linienberührung stattfindet (hohe Flächenpressung und Abnutzung). S. 677 Liste der Motorarten S. 658 Motorkonzepte Definitionen: Arbeitsverfahren (2-Takt – 4-Takt) Arbeitsprozess (Diesel – Otto) Wirkungsweise (einfach – doppelt wirkend Kühlungsart (Wasser – Luft) usw. S. 660 Fazit: Dabei hat sich das Hubkolbentriebwerk bis jetzt allen kurbelwellenlosen Triebwerken als überlegen erwiesen. Das gilt für die Steuerung des thermodynamischen Prozesses wie auch für den Wirkungsgrad der wechselseitigen Umwandlung von Hub- in Drehbewegung. → Hubkolbentriebwerke S. 564 Kurbelschlaufen-Motor (schwenkbares Pleuel)
[3] Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel ISBN 3-8085-2238-0 S. 191 p,V-Diagramm Dieselmotor (DM) Druck p höher als Ottomotor (OM) → Die Differenz von Δp zwischen „p _max DM und p _max OM" bei 90° KW ist wesentlich geringer als bei p _max (ungefähr 1/3 von Δp bei p _max ). Fazit: → DM hat größeren Effekt bei PLV als bei OM. Die Anwendung des PLV bei LKW-DM und Schiffs-DM bringt sehr große ökonomische Vorteile, weil die Betriebskosten wesentlich durch die Energiekosten bestimmt sind, abgesehen von der großen Emissionsverringerung.
[4] Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor + Motorradmotoren und Sondermotoren ISBN 3-8348-0227-1 S. 326 Ziele – Verbesserung der Fahrleistung – Minimierung des Kraftstoffverbrauchs und damit der CO₂ Emission – Erfüllen der Normen für Abgasqualität z. B. EU4, EU5, ULEV S. 387 Wasserstoff-Kreiskolbenmotor (wichtige Information Vergleich Hubkolbenmotor!) Wasserstoffverbrennung läuft langsamer ab als beim Hubkolbenmotor. S. 47 Energiebilanz am Motor – Bilanzgleichung Zur Darstellung einer Energiebilanz definiert man eine Systemgrenze und betrachtet die über diese Grenze fließenden Stoff- und Energieströme. → Der klassische Kurbeltrieb ist innerhalb der Systemgrenze, also seine gesamten Verluste sind innerhalb des Systems eingeschlossen.
[5] Vogel Fachbuch, Die Meisterprüfung im KfZ-Handwerk ISBN 3-8023-1591-x Meisterwissen, ISBN 3-8023-1888-9
[6] S. Zima, Motorkolben ISBN 3-528-03986-8

B. Literatur Wirkungsgrad

[7] Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel ISBN 3-8085-2238-0
[8] Braess/Seiffert, Handbuch Kraftfahrzeugtechnik ISBN 3-528-33114-3 S. 143 Wirkungsgrade Effekt. Wirkungsgrad η_e η_e = 0,36 Pkw-Ottomotoren η_e = 0,43 Dieselmotoren S. 150 Bild + Text: Gaskraftzerlegung und resultierende Kolbenkraft F_K (aus Massen und Gaskraft)
[9] Rainer Kurek, Nutzfahrzeug Dieselmotoren ISBN-10: 3-446-40590-9 S. 6 Wirkungsgrad Verluste am Verbrennungsmotor Zugeführte Leistung 100% 19 Abgasverlust 35% (enthält Kurbelwellenverluste, siehe Energiebilanz) 20 Kühlwasserverlust 21% 21 Reibungs- und Strahlungsverlust 10% Nutzleistung 34%
[10] van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x 6 Definitionen des Wirkungsgrades
[11] Köhler/Flierl, Verbrennungsmotoren ISBN 3528431083 S. 37 Wirkungsgrad
[12] Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik ISBN 3-8085-2135-x S. 30 Wirkungsgrad η_e = 0,36 EM η_e = 0,32 OM η_e = 0,32 DM η_e = 0,95 Wechselgetriebe (analog neuartige Kurbelwelle PLV)
[13] v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 S. 113 Wirkungsgrad S. 1355 Der maximale Gasdruck wird nach DIN 1940 als Verbrennungshöchstdruck p_max bezeichnet. Arbeitswerte für p_max sind in Tabelle 12.7 (S. 1328) angegeben. S. 1220 Gliederung der Motorteileumfänge

C. Kurbeltrieb und Verbrennungsablauf
1. Status klassische Kurbeltriebe

[14] Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 Definition Triebwerk: S. 49: Kurbeltrieb, Aufbau und Funktion: „Das Triebwerk – umgangssprachliche Bezeichnung für den Kurbeltrieb – ist eine Funktionsgruppe, die nicht nur eine wirkungsgradgünstige Umwandlung von oszillierender (hin- und hergehender) in drehende Bewegung bewirkt, sondern auch in unübertroffener Weise die Umsetzung von thermodynamischen Prozessen ermöglicht, die bezüglich Arbeitsausbeute, Wirkungsgrad und technischer Realisierbarkeit ein Optimum darstellen. Diese Vorteile werden allerdings mit gravierenden Nachteilen erkauft: • Begrenzung der Drehzahl – und damit der Leistungsentwicklung – durch freie Massenwirkungen. • Ungleichmäßige Kraftabgabe, deren Beherrschung besondere Massnahahmen erfordert ... • hohe Schwankungsbreite der Kraftverläufe im Vergleich zu den Nennwerten dieser Kräfte. • ..." S. 52 Schränken/Desaxieren Durch Schränken bzw. Desaxieren des Kurbeltriebe, d. h. Verschieben der Anlenkpunkte des Pleuels an den Kolben und Hauptlagerzapfen aus der Zylinderachse um einen Betrag y kann der Kurbeltrieb im jeweils erwünschten Sinne verändert werden (Bild 6–8). S 12 Kurbeltrieb S. 50 Kolbenweggleichung s = f(φ) S. 53 Kräfte am Kurbeltrieb S. 54 Kolbenkraft, Stangenkraft, Normalkraft S. 55 Tangentialkraft ergibt das Drehmoment S. 56 Konstruktion Kräfteparallelogramm

2. Gasdruckanalyse klassische Kurbeltriebe

Beispiel am realen klassischen Prozess
[15] Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch ISBN 978-3-83480138-8 Kurbeltrieb, Zeichnung mit Parametern Fs = FG/cos β FN=FG·tanß FR = FG·cos (α + β)/cos β FT = FG·sin (α + β)/cos βmit λ = r/2; sin β = λ·sin 2 cos β= √1 – λ2·sin2α
[16] Lexikon Motorentechnik, ISBN-10: 3-528-13903-x S. 987 Druckverlauf, Bsp. 8° KW nach Zündung (ca. 30° KW vor OT) beginnt die Verbrennung, ca. 38° KW nach OT ist sie beendet. S. 988 Bei 40° KW nach OT ist der Wendepunkt des Druckberges. S. 990 zyklische Schwankungen: Bei ca. 40° KW nach OT ist der Wendepunkt des Druckberges. S. 569 Tangentialkraft Ein nutzbares Moment entsteht nur durch die tangentiale Komponente des Gaskraft. S. 1082 Zylinderdruckverlauf Dieselmotor in Abhängigkeit vom Brennverfahren – Direkte Einspritzung p_max bei ca. 5° KW – Vorkammer p_max bei ca. 5° KW S. 1083 Ottomotor p_max bei ca. 8° KW S. 1081 Zyklische Schwankungen von p im Arbeitsspiel S. 1003 Variable Verdichtung Die variable Verdichtung ist vor allem beim Ottomotor wirkungsgraderhöhend, da sein Verdichtungsverhältnis durch die Klopfneigung des Ottokraftstoffes begrenzt ist: → > V bei Teillast → Innenwirkungsgrad → aufgeladener Motor mit Betriebspunktverlagerung Teillast e = 13,5; bei Volllast e 8 S. 1004 Systeme mit variabler Verdichtung S. 263 ff. Gemischbildung S. 273 Gleichraumverbrennung Bei der Gleichraumverbrennung ändert sich das Volumen des Brennraumes während des Verbrennungsvorganges nicht. S. 452 Kreisprozess
[17] Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor S. 37 Vergleichsprozesse S. 40 Offene Vergleichsprozesse S. 54 Gasdruckverläufe eines aufgeladenen Dieselmotors mit Direkteinspritzung Gasdruck im Zylinder (bar), Kurbelwellenstellung (°KW) p,φ-Diagram. p_max ca. 155 bar mit 100% Leistung bei ca. 372° KW bzw. 12° KW nach OT = 0° KW p = 28 bar bei 450° KW bzw. 90° KW nach OT 0° KW Druckverlauf bei HCCI-Verbrennung p_max bei ca. 5° KW. S. 597, 598 HCCI-Motor, S. 622 HCCI-Verfahren; HCCI = vollkommen homogene Dieselverbrennung. S. 624 Mehrfacheinspritzungen während des Kompressionshubes zur Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches und dessen definierte Zündung durch eine Haupteinspritzung. Da die homogene Selbstzündung auch für Ottomotoren interessant ist, nähern sich wahrscheinlich in Zukunft Verbrennungsverfahren der Diesel- und Ottomotoren einander an. S. 82 Variable Verdichtung, Prinzipien – Kolben mit variabler Kompressionshöhe – Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Brennraumes – Verlagerung der Kurbelwellenachse z. B. durch ein Parallelkurbelgetriebe – Neigung des Zylinderkopfes – Bild 6–73 Prinzipien zur variablen Verdichtung, S. 83 Literatur
[18] S. Zima, Motorkolben ISBN 3-528-03986-8 S. 29 Gasdruckverlauf eines 4-Takt Dieselmotors bei Betrieb auf der Propellerkurve: p_max bei ca. 8° KW
[19] v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 S. 1579 Motor-Entwicklungsziele – Down Sizing (Motoren mit kleiner Hubvolumina) – variable Verdichtungsverhältnis – Bordnetz 42 Volt, bestens für elektromagnetische Aktuatoren – Schwungnutz-System als E-Motor/Generatoreinheit zwischen Verbrennungsmotor und stufenlosem CVT-Getriebe.
[20] van Basshuysen, Ottomotor mit Direkteinspritzung ISBN: 978-3-8348-0202-6 S. 86–87 Extremklopfen/Megaklopfen, heute: ereignisorientierte Klopfregelungs-Systeme mit Spätstellung des Zündwinkels.

D. Begriff „Triebwerk"

[21] Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 S. 49: Kurbeltrieb, Aufbau und Funktion: „Das Triebwerk – umgangssprachliche Bezeichnung für den Kurbeltrieb – ist eine Funktionsgruppe, die nicht nur eine wirkungsgradgünstige Umwandlung von oszillierender (hin- und hergehender) in drehende Bewegung bewirkt, sondern auch in unübertroffener Weise die Umsetzung von thermodynamischen Prozessen ermöglicht, die bezüglich Arbeitsausbeute, Wirkungsgrad und technischer Realisierbarkeit ein Optimum darstellen. Diese Vorteile werden allerdings mit gravierenden Nachteilen erkauft: • Begrenzung der Drehzahl – und damit der Leistungsentwicklung – durch freie Massenwirkungen. • Ungleichmäßige Kraftabgabe, deren Beherrschung besondere Massnahahmen erfordert ... • hohe Schwankungsbreite der Kraftverläufe im Vergleich zu den Nennwerten dieser Kräfte.
[22] van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x S. 923: Triebwerk Hubkolbenmotor (→ Kurbeltrieb): „Das Triebwerk des Hubkolbenmotors dient dazu, die während der Verbrennung entstehende Gaskraft über Kolben, Pleuel und Kurbelwelle in ein Nutzdrehmoment zu wandeln. ..."
[23] Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 21. A ISBN 3-540-22142-5 P 5: Triebwerksbauarten: „→ Kraftübertragung zwischen Kolben und Triebwerk"
[24] Wahrig, Deutsches Wörterbuch, Bertelsmann Lexikon Institut ISBN-10: 3-577-10241-1 „Triebwerk 1(Tech) Antriebsvorrichtung, 2 (Fluges.) 2.1 Motor mit Propeller, 2.2 Vorrichtung zum Erzeugen eines rückwärts gerichteten Luft- o. Gasstrahls" [25] Wahrig, Synonym Wörterbuch, Bertelsmann Lexikon Institut ISBN-13: 3-577-10189-X Triebwerk: „Maschine, Motor, Kraftquelle"
[26] Duden, Das Synonymwörterbuch ISBN-10: 3-411-04084-X Triebwerk: „ Motor (ugs.): Maschine; (ugs: umgangssprachlich)"
[27] ./.

E. Elektrische Maschinen

[28] Lehrbuch Elektrotechnik ISBN 3-8085-3159-2 Scheibenläufermotor – wird als Servomotor (SM) eingesetzt; SM sind Hilfsmotoren für einen Steuervorgang – in Millisekunden auf Nenndrehzahl und wieder auf Halt und in Drehrichtung umgesteuert – hohe Stromdichte – kurzfristige starke Überlastung – sehr genaue Positionierung – Leistung 20 W bis 10 k
[29] Böge/Plassmann, Handbuch Elektrotechnik ISBN 978-3-8348-0136-4 S. 835 Servomotor Das Impuls- oder Spitzendrehmoment M_Imp ist das maximal zulässige Drehmoment. Es kann bis zum zehnfachen Wert des Nennmomentes betragen. – Scheibenläufermotor – Stabankermotor Kann bis zu Drehzahlen von 0,2 min^–1 eingesetzt werden. Spitzenmoment ist bei hohen Drehzahlen zu reduzieren Bürsten- und Kommutatorverschleiß (wartungsintensiv) Alternative: bürstenloser Gleichstrom-Servomotor, Lagegeber erforderlich
[30] Bosch, Kraftfahrtechnisches Handbuch ISBN 3-8348-0138-0 S. 183 EC-Motoren, EC = „elektronisch kommutierter Gleichstrommotor" – wartungsfrei, hohe Lebensdauer – stufenlose Drehzahlregelung – Drehrichtungsumkehr – Sanftanlauf und Blockierschutz Für Verstellantriebe – als hochgenauer Servomotor – hohe Dynamik

F. Getriebe

[31] Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau ISBN 3-540-22142-5 G118, 7 Reibradgetriebe G131, 8.1.8 Exzentrische Zahnräder [38-42,52], Unrunde Zahnräder [53-57] G144, 8.6.8 Sondergetriebe G151, 8.9 Umlaufgetriebe, 8.9.5 Selbsthemmung und Teilhemmung G163, 9 Getriebetechnik
[32] G. Niemann, H. Winter, Maschinenelemente ISBN 3-540-11149-2

G. Variable Nockenwellen-Versteller

[33] van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x S. 930, 936 ff. Variable Nockenwellenantriebe – gleichmäßiger/ungleichmäßiger Nockenantrieb – Kontinuierlich/diskontinuierlich – Nockenwellenverstellsysteme – Raumnockensysteme – Systeme mit ungleichmäßigen Nockenantrieb – Variabilität zwischen Nocken und Ventil – diskontinuierlich variable Systeme – kontinuierlich variable Systeme
[34] Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 S. 446 ff. Variable Ventilsteuerungen S. 448 Nockenwellenversteller an Serienmotoren S. 450 Gliederung der Nockenwellenversteller ihrem Funktionsprinzip nach (hydraulisch oder mechanisch) S. 454 Perspektiven von Nockenwellenverstellern Aussteuerung mit 4/3-Wege-Proportionalventil für stufenlos verstellbare Systeme S. 459 Vollvariable Ventilsteuerungen S. 453 Schwenkmotorprinzip (deutlich kostengünstigere Lösung als mech. Systeme) S. 464 Grundprinzip der Exzenterverstellung erfolgt mittels eines DC-Stellmotors über ein Schraubenradgetriebe S. 499 Mech. Wirkprinzipien: 1. Axiale Verschiebung eines Kolbens oder Ritzels in oder an der Nockenwelle (Prinzip Gerade-/Schrägverzahnung) Hydraulische Wirkprinzipien: 2. Hydraulisch betätigte Scvhwenkmotorverstellung an der Nockenwelle
[35] v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 S. 455 ff. Nockenwellenversteller
[36] Rainer Kurek, Nutzfahrzeug Dieselmotoren ISBN-10: 3-446-40590-9 S. 77 Nockenwellenverstellung S. 78 Mechanisch variabler Ventiltrieb S. 79 Elektromagnetischer Ventiltrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- [OM: 16, S. 987, Druckverlauf und Brennfunktion im Ottomotor (Quelle: Pischinger); HCCI: 4, S. 597–598, Druckverlauf bei einer HCCI-Verbrennung] [0015]
- Vgl. Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor S. 597–598 Bild 14–11: Druckverlauf bei einer HCCI-Diesel Verbrennung (klassischer Kurbeltrieb) [0076]
- Vgl. Lexikon Motortechnik S. 987 Druckverlauf und Brennfunktion im Ottomotor (Quelle: Pischinger) (klassischer Kurbeltrieb) [0076]
- v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 [0350]
- van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x [0350]
- Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel ISBN 3-8085-2238-0 [0350]
- Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor + Motorradmotoren und Sondermotoren ISBN 3-8348-0227-1 [0350]
- Vogel Fachbuch, Die Meisterprüfung im KfZ-Handwerk ISBN 3-8023-1591-x [0350]
- ISBN 3-8023-1888-9 [0350]
- S. Zima, Motorkolben ISBN 3-528-03986-8 [0350]
- Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel ISBN 3-8085-2238-0 [0350]
- Braess/Seiffert, Handbuch Kraftfahrzeugtechnik ISBN 3-528-33114-3 [0350]
- Rainer Kurek, Nutzfahrzeug Dieselmotoren ISBN-10: 3-446-40590-9 [0350]
- van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x [0350]
- Köhler/Flierl, Verbrennungsmotoren ISBN 3528431083 [0350]
- Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik ISBN 3-8085-2135-x [0350]
- v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 [0350]
- Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 [0350]
- Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch ISBN 978-3-83480138-8 [0350]
- Lexikon Motorentechnik, ISBN-10: 3-528-13903-x [0350]
- Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor [0350]
- S. Zima, Motorkolben ISBN 3-528-03986-8 [0350]
- v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 [0350]
- van Basshuysen, Ottomotor mit Direkteinspritzung ISBN: 978-3-8348-0202-6 [0350]
- Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 [0350]
- van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x [0350]
- Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 21. A ISBN 3-540-22142-5 [0350]
- Wahrig, Deutsches Wörterbuch, Bertelsmann Lexikon Institut ISBN-10: 3-577-10241-1 [0350]
- Wahrig, Synonym Wörterbuch, Bertelsmann Lexikon Institut ISBN-13: 3-577-10189-X [0350]
- Duden, Das Synonymwörterbuch ISBN-10: 3-411-04084-X [0350]
- Lehrbuch Elektrotechnik ISBN 3-8085-3159-2 [0350]
- Böge/Plassmann, Handbuch Elektrotechnik ISBN 978-3-8348-0136-4 [0350]
- Bosch, Kraftfahrtechnisches Handbuch ISBN 3-8348-0138-0 [0350]
- Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau ISBN 3-540-22142-5 [0350]
- G. Niemann, H. Winter, Maschinenelemente ISBN 3-540-11149-2 [0350]
- van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x [0350]
- Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 [0350]
- v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 [0350]
- Rainer Kurek, Nutzfahrzeug Dieselmotoren ISBN-10: 3-446-40590-9 [0350]

Claims

Erster unabhängiger Patentanspruch 1. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Längen-Variator. PLV-Triebwerk bestehend aus einem klassischen Kurbeltrieb mit Pleuel-Stange und Kurbelwelle, ist dadurch gekennzeichnet, dass die klassische Pleuel-Stangenlänge durch einen Pleuel-Längen-Variator mit vollvariabler Richtungs- und Längen-Variation mittels eines Armes A – ohne Veränderung der Kolbenbolzen-Position (KB) mit Kolbenboden in OT-Stellung auf der Zylinderachse – verlängert wird, so dass die Pleuel-Stangenkraft (F_ST) vom oberen Totpunkt (OT) a) bei einem PLV-Kurbeltrieb zum Tangentenpunkt TP, und b) bei einem PLV-Motor zum verlagerten oberen Totpunkt (OT') auf dem Kurbelkreis, in die Nähe vor dem Tangentenpunkt (TP) „Pleuel-Stange mit Kurbelkreis", gelegt wird. Dadurch wird die ursprüngliche Tangentialkraft Fr bei OT am Tangentenpunkt (TP) zu F_Tmax', womit ein erheblich größeres Drehmoment auskoppelbar wird. Statt OT' wird auch ein Punkt vor OT' = OT'' bzw. nach OT' = OT''', je nach Prozessanforderung, gewählt. Analog wird dieses vorgenannte PLV-Verlagerungs-Prinzip bei den Kompressions-Prizipien A, B, C und D, angewendet. Die Verlängerung wird von TP – UT' bis OT wieder zurückgestellt. Die Richtung und/oder Länge des Arms A wird beim Umlauf verlängert und verkürzt und sie kann durch eine vollvariable Steuerung variiert werden.
Zweiter unabhängiger Patentanspruch 2. PLV-Triebwerk bestehend aus einem thermodynamischen Kreisprozess. PLV-Triebwerk bestehend aus einem thermodynamischen Kreisprozess (p,V-Diagramm), beginnend in der Expansionsphase zur Erzeugung von Arbeit mit der Zündung (Z) vor OT, Verbrennungsanfang (V_A) vor OT, Maximaldruck (p_max) kurz nach OT und Verbrennungsende (V_E) weiter nach OT, ist dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte thermodynamische Kreisprozess mit dem Verbrennungsanfang V_A', bzw. dem positiven Druckbeginn, an die Position OT'', OT' oder OT'' verlagert wird, womit der später entstehende Maximaldruck p_max' am Tangentenpunkt TP zu liegen kommt und mittels der an TP maximalen Tangentialkraft F_Tmax' ein maximales Drehmoment M_max auskoppelbar wird.
Bei der Kompression ist Prinzip A, A⁺, B und Prinzip C realisierbar: Bei Prinzip A, A⁺ wird in der Kompressionsphase die maximale Tangentialkraft am Tangentenpunkt TP bei ca. 280° KW mit isochorer Kompressions-Verlagerung nach OT', OT'', OT''' bzw. TP bei ca. 80° KW durchgeführt. Bei Prinzip B wird die Kompression in einer ersten Stufe von UT mit VW vorzugsweise bei VW_UT bis OT begonnen und in einer zweiten Stufe bis OT' bzw. TP bei ca. 80° KW beendet. Die Kompression kann auch kontinuierlich, oder in einer vorgegebenen Funktion/Geschwindigkeit, erfolgen. Beim Prinzip C mit verlagertem Exzenter erfolgt vorzugsweise eine Zwangsweise Kompression bedingt durch die Links-Abwälzung des Planetenzahnrades auf dem Außenzahnrad – oder auch Rechts-Abwälzung auf dem Innenzahnrad.
Mechanische PLV-Wirkungsgraderhöhung: Die Leistung ist gleich Drehmoment mal Winkelgeschwindigkeit (P = M·ω). Die Treibstoffenergie E_K bezieht sich auf 100% (99,9%) Treibstoffverbrauch bei einer bestimmten Drehzahl n. Wenn durch das PLV-Triebwerk das Drehmoment M durch die mech. Verlagerung erhöht werden kann um den Faktor x, so kann die Drehzahl gleichermaßen um den Faktor x sinken – bei gleicher Leistung. Demzufolge sinkt der Treibstoffverbrauch mit dem Faktor x pro Zeiteinheit ohne Verletzung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik.
Thermodynamische PLV-Wirkungsgraderhöhung: Durch die Verlagerung des Prozesses von OT nach OT' bzw. OT'' oder OT''', d. h. des Verbrennungsanfangs V_A, bzw. des positive Druckanfangs, beginnt der Prozess nicht wie beim klassischen Kurbeltrieb (KT) vor OT, sondern nach OT bei OT' bzw. OT'' oder OT''', – Die Kompression erfolgt bei Prinzip B über ca. 250° KW, d. h. ca. 1,4 mal langsamer pro Zeiteinheit als beim klassische KT – in dieser Zeit kann sich das komprimierte Gemisch weiter abkühlen und länger gekühlt werden. – Der Motor läuft mit Faktor x kleinerer Drehzahl, womit das kältere Gemisch dann höher verdichtet werden kann. – Die mit Faktor x kleinere Drehzahl, d. h. bei gleicher Leistung langsam laufender Motor, hat erhebliche thermodynamische Auswirkungen. – Der Druckverlust Δp bei Hub-Beginn ab OT' bei gleichzeitigem Druckaufbau p_VA nach Verbrennungsbeginn ab OT' (OT'', OT'''), soll im Gleichgewicht stehen, bis ab diesem Gleichgewichtspunkt nur ein positiver Drucküberschuss die Tangentialkraft auf die KW erzeugt. Diese differenzielle Kolben-Hub-Funktion wird durch die Planetenarmlänge A relativ zur Hubzapfen-Position geregelt. Bei den PLV-Prozessen wird ein p,F_T,V-Diagramm benötigt.
Dritter unabhängiger Patentanspruch 6. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Umlaufgetriebe PLV-Variante Prinzip 1: stehendes Außenzahnrad PLV-Triebwerk bestehend aus einem Umlaufgetriebe (U₁) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenzahnrad (Z_P) auf dem Hubzapfen (HZ) der Kurbelwelle/KW) gelagert ist und dort lose auf dem HZ rotieren kann, während es sich auf dem Außenzahnrad Z_A des stehenden Umlaufgetriebes (U₁) abwälzt. Alternativ ist das Prinzip auch mit einem Innenzahnrad – statt Außenzahnrad – realisierbar; hierbei erfolgt eine Drehrichtungsumkehr des Planetenzahnrades. An diesem Planetenzahnrad (Z_P) ist ein Planeten-Arm (A) befestigt, dessen Länge die entstandene Längendifferenz als PLV zwischen Pleuelanlegepunkt P_PA und Hubzapfen (HZ) ausgleicht. Dieses Modul wird Variatorwelle (WV) genannt. Dies WV hat ebenso einen OT und UT. Am Planeten-Arm A ist die Pleuelstange (P) mit dem Pleuelanlegepunkt (P_AP) drehbar verbunden. Bei Rechts-Rotation der Kurbelwelle mit dem HZ wälzt sich das Planetenzahnrad Z_P auf dem Außenzahnrad Z_A links herum ab, so dass sich der Planeten-Arm (A) ebenfalls linksherum dreht. Dadurch zeigt der Planeten-Arm (A) während des Umlaufs der KW in wechselnde Richtungen (Richtungs-Variation), und die Pleuelstange – bedingt durch die drehbare Kopplung am Pleuelanlegepunkt P_AP – wird dabei mitgenommen, wodurch der Kolben seine Hubbewegung ausführt. Soll diese Mitrotation prozessbedingt verhindert oder momentan gesteuert werden, so ist das Außenzahnrad durch Differenzsteuerung rotativ zu verstellen. Zu diesem Zweck wird das Aussenzahnrad (Z_A) an der entsprechenden HZ-Position, z. B. ab TP bei ca. 280° KW, nach rechts gedreht, so dass das Planetenzahnrad mit der Planeten-Arm-Richtung – bedingt durch diese Differenzrotation in der Richtung – zurückgestellt wird. Der Planeten-Arm kann in die korrigierte Richtung stationär zeigen, bzw. mit anderer Geschwindigkeit/Beschleunigung bewegt werden. Durch die kumulierte rotative Differenzsteuerung des stehenden/in Rast befindlichen Außenzahnrades (Z_A) wird der Planeten-Arm (A) in jeder HZ-Position in die gewünschte Richtung gestellt, womit sich der Hub des Kolbenbolzen (KB) prozessbedingt in gewünschter Weise steuern lässt. Insbesondere bei Prinzip A, wenn in der Kompressions-Phase der Hubzapfen (HZ) von der TP-Position bei ca. 280° KW über OT nach OT' dreht, muss der Kolbenbolzen KB stationär in OT-Kolben-Position bleiben, d. h. seine Höhenposition nicht verändern. PLV-Variante Prinzip 2: mitrotierendes Außenzahnrad Bei Prinzip 2 sind die Außenzahnräder der Umlaufgetriebe U₁ (für A-Richtung) und U₂ (für A-Länge) nicht stationär/in Rast, sondern sie werden mittels einer zweiten Welle, die mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, simultan mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit mitgedreht. Bei diesem Prinzip 2 wird die einzustellende relative Winkel-Differenz der Planeten-Arm-Richtung A zur Kurbelwelle durch Oszillation realisiert, steuerbar durch verschiedene technische Möglichkeiten (unabhängiger Patentanspruch 5) z. B. über ein zwischengeschaltetes Differenzialgetriebe/Summiergetriebe oder hydraulischen Schwenkmotor etc..
Vierter unabhängiger Patentanspruch 7. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Getriebe mit Exzenter PLV-Triebwerk, bestehend aus einem Getriebe mit Exzenter, ist dadurch gekennzeichnet, dass dieses Getriebe mit Exzenter (E) im Pleuelanlegepunkt (P_AP) sitzt und bei Drehung des Exzenters – bedingt durch die Exzentrizität (e) – die effektive Länge des Planeten-Arms A zum Hubzapfen HZ variiert werden kann (A⁺-Längen-Variation), womit die Position des Hubzapfens HZ, relativ zum thermodynamischen Prozess/Druck und Kolbenposition, mit Optimierung in Richtung Kurbelwinkel ±φ, verlagert werden kann. Die Differenzdrehung des Exzenters E erfolgt vorzugsweise mittels eines zweiten Außenzahnrades (Z_A2) eines zweiten Umlaufgetriebes (U₂), dessen Planetenzahnrad lose auf dem HZ sitzt und gleichzeitig das am Exzenter befestigte „Exzenterzahnrad" (Z_E) dreht, das wiederum den Exzenter mit der gewünschten Längenänderung indirekt mittels a) eines vor dem Außenzahnrad (Innenzahnrad) befindlichen zweiten Differenzialgetriebes/Summiergetriebes, oder b) durch eine direkte Ansteuerung des Außenzahnrades (Innenzahnrad) mittels eines oszillierenden Zahnrades mit einem Systems analog eines vollvariablen Nockenwellenversteller-Systems, oder c) mittels eines System analog eines vollvariablen Nockenwellenversteller-System mit Nockenwelle und Stößel, oder d) anderen elektromechanischen bzw. hydromechanischen Aktuatoren, verstellt – siehe sechster unabhängiger Patentanspruch. Eine zusätzliche Verlagerung (Exzentrizität) des Pleuelanlegepunktes im Exzenter ermöglicht bei ruhendem Außenzahnrad (oder Innenzahnrad) eine kollisionsfreie Evolventen-Rotation des P_AP, ohne bei 45° KW die P_AP- Bahn zu schneiden (vgl. 22a). 22c zeigt eine Übersetzung Z_i:Z_P = 1:1 und die Bewegung des Armes A bei Linksrotation durch ein Innenzahnrad und die Bewegung bei Rechtsrotation. Außerdem wird die Verlagerung in beiden Fällen gezeigt – diese Verlagerung ist größer als bei Ü = 2:1. Bei einer Übersetzung von Z_i:Z_P = 1:1 rotiert das Planetenzahnrad genau so schnell wir die Kurbelwelle, aber der UT bzw. der Hub ist anders als bei Ü = 2:1.
Fünfter unabhängiger Patentanspruch PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Lager-Zapfen PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Lager-Zapfen (PLZ), ist dadurch gekennzeichnet, dass ein den Hubzapfen umschließender großer PLZ-Exzenter (Prinzip C) mit Pleuelanlegepunkt-Mittelpunt P_AP noch um einen Betrag y nach P_AP' verlagert wird, so dass der P_AP bei Rotation mit dem Planetenzahnrad und dessen Abwälzung auf dem ruhenden Außenzahnrad, einer Zwangsführung/-kopplung mit automatischer Verlängerung/Verkürzung der Pleuellänge, und ohne Kollision des K bei OT, ohne Überschreitung der Pleuelanlegepunkt-Bahn und ohne Kollision mit der KW, ausführt.
Steuerung des Außenzahnrades (Innenzahnrades) Bei Verwendung des verlagerten PLZ-Exzenters ist eine variable Prozesssteuerung und Verdichtungssteuerung durch eine aktive Differenzsteuerung des Außenzahnrades (Innenzahnrades) mit variabler Richtung von A möglich, wobei bei schrägem Planetenarm A die Stangenkraft sowohl mit einer resultierenden 1. Tangentialkraftkomponente direkt auf den Hubzapfen der KW, wie auch über das Drehmoment des Planetenzahnrades, abgestützt auf der Innenverzahnung des Außenzahnrades, mit einer 2. Tangentialkraftkomponente indirekt auf die KW wirkt.
PLZ-Doppelexzenter Bei Verwendung eines PLZ-Doppel-Exzenters auf dem gleichen Hubzapfen ist außerdem eine Richtungssteuerung für die resultierende Stangenkraft-Richtung gegeben (23–24), so dass passend zur Kolbenposition eine optimale Krafteinleitungsrichtung direkt auf die HZ-Position eingeleitet wird – passend zur HZ-Position kann auch der Hub und damit die Verdichtung variiert werden.
Multible PLZ-Exzenter Durch eine Vervielfachung des PLZ-Exzenters auf den HZ mit Winkel-Verlagerung jedes einzelnen PLZ-Exzenters, können viele PLZ-Exzenter mit ihren Pleuelstangen und Kolben auf einem Kurbelwellen HZ untergebracht werden, was eine sehr schmale Bauart des PLV-Motors ermöglicht.
PLV bei gebauter Kurbelwelle Bei einer gebauten Kurbelwelle kann der PLZ-Exzenter und Hubzapfen HZ in einem Stück gefertigt werden mit integrierter Anordnung des Planetenzahnrades Z_P außerhalb der Kurbelwange K_W – entgegen der Anordnung bei geschmiedeter KW innerhalb der K_W mit 2-Schalen-Prinzip des PLZ-Exzenters. Außerhalb: Im Raum zwischen Kurbelwange und Kurbelgehäusewand und wenn genügend Platz ist zwischen dem Hauptlagerzapfen HLZ und dem Innenzahnrad Z. Bei gebauter KW ist das Planetenzahnrad Z_P mit einem Innenzahnrad Z_i auf dem Hauptlagerzapfen HLZ im Eingriff; das Z_i wird optional vollvariabel mit mech. Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischem Schwenkmotor etc. gesteuert. Steht das Außenzahnrad Z_A oder das Innenzahnrad Z_i, dann dreht sich das Planetenzahnrad Z_P wegen Ü = 2:1 doppelt so schnell wie die Kurbelwelle (wegen > M → < ω bzw. < n; vgl. 22c mit Ü = 1:1). Rotiert Z_A oder Z_i simultan mit der Kurbelwelle, so wird mittels des PLZ-Exzenter-Verstellers nur die relative Winkeldifferenz zu Kurbelwelle für die a) Einstellung der Richtung und Länge von A b) optional zuzüglich prozessabhängige, treibstoffabhängige, Hub- und Stangenkraftrichtungs-Variation, eingestellt.
Sechster unabhängiger Patentanspruch PLV-Triebwerk bestehend aus einem steuerbaren Pleuel-Längen-Variator PLV-Triebwerk bestehend aus einem steuerbaren Pleuel-Längen-Variator, ist dadurch gekennzeichnet, dass a) die Planetenarm-Richtung A für die verkürzende oder zu verlängernde Gesamtpleuel-Länge vollvariabel gesteuert wird und b) die bei Richtungs-Variation zu verkürzende oder zu verlängernde Planetenarm-Länge A gesteuert wird und c) – abhängig vom thermodynamischen Prozess, der Hub-Verdichtungsvariation und der Einstellung des resultierenden Stangenkraftvektors – mittels Rotation eines Exzenters als partielle Längenvariation, durch eine Steuerung realisiert wird. Diese Steuerung wird beim kleinen Exzenter im Pleuelanlegepunkt und auch beim großen PLZ-Exzenter (22–24) angewandt.
Variation der Pleuelstangenlänge (Prinzip D) Die Variation der Pleuelstangen-Länge mit Verlängerung/Verkürzung erfolgt z. B. mit einem hydraulischen Linearmotor, analog des hydraulischen Schwenkmotors, während der Kurbelzapfen umläuft. Der Linearmotor ist dabei in der Pleuelstange untergebracht.
Realisierung der Steuerung durch: a) Das normalerweise stehende/in Rast befindliche Außenzahnrad (Innenzahnrad) von U₁ bzw. U₂ wird direkt durch je einen Servomotor/EC-Motor angetrieben, oder b) die Außenzahnräder (Innenzahnräder) von U₁ bzw. U₂ werden durch eine mit der Kurbelwelle angetriebene zweite Parallelwelle plus einem in dieser zweiten Welle und vor den Außenzahnrädern (Innenzahnräder) geschalteten Differenzial/Summiergetriebe – für die Richtungssteuerung von A – mit einem Servomotor/EC-Motor angetrieben. Eine Servo-/EC-Motor-Steuerung wird auch für das vor dem zweiten Außenzahnrad (Innenzahnrad) vorgeschaltete Diffrenzialgetriebe/Summiergetriebe zur Längensteuerung von A verwendet, oder c) ein elektromechanischer 42 V (leichte Steuerbarkeit) oder hydromechanischer Aktuator, oder Piezo Aktuator-Trieb, am jeweiligen Differenzialgetriebe/Summiergetriebe bzw. an den Außenzahnrädern (Innenzahnrädern) steuert die Oszillations-Differenz, oder d) ein Regelgetriebe (Reibrad, hydrostatisch, Spreizscheibe, etc.) statt der Differenzialgetriebe/Summiergetriebe steuert die Oszillations-Differenz, oder e) eine Gerade-/Schrägverzahnung- oder hydraulischer Schwenkmotor-, etc System, analog eines vollvariables Nockenwellenversteller-System, mit einem Zahnrad mit Eingriff beim Außenzahnrad (Innenzahnrad), oder eine Nockenwelle, deren Kipphebel mit Stößel die Differenz-Oszillation des Differenzial-/Summiergetriebe bzw. des Außenzahnrades (Innenzahnrades), bewirkt, oder f) durch eine von der Kurbelwelle angetriebene Parallelwelle mit Kupplung und/oder Bremse bewirkt die Differenz-Steuerung.
Zwangsführung/-kopplung Erfindungsgemäß besteht bei der Kompression eine Zwangsführung/-kopplung zwischen OT und OT', OT'', OT''' bzw. TP derart, dass eine feste Beziehung zwischen der Position des HZ der KW und der Richtung des Planetenarms A und der damit zusammenhängenden Kolbenposition (Hub) besteht, so dass der HZ, d. h. die KW, sich nicht weiterdrehen kann, wenn der Kolben nicht die entsprechende Kompression bewirkt hat. Durch die Zwangsführung/-kopplung der absoluten Kolbenposition mit der absoluten HZ-Position der KW kann der erreichte Kompressionsdruck – über Kolben-Hub, Pleuel und Planetenarm – die Kurbelwelle nicht in eine andere Ist-Position verstellen, als die Soll-Position vorgibt. Die Steuer-Bewegung des Planetenarms kann oszillierend, d. h. Verlängerung von OT bis OT', OT'' oder OT'' und Verkürzung von ca. 135° KW bis UT = 180° KW, oder fortlaufend, d. h. Verlängerung und Verkürzung in einer Rechts- oder Links-Rotation, erfolgen. Insbesondere beim Prinzip C mit ruhendem Außenzahnrad und verlagertem PLZ-Exzenter, wird durch die Abwälzung des Planetenzahnrades auf dem Außenzahnrad eine kollisionsfreie Zwangs-Kompression erreicht.
PLZ-Exzenterversteller-System Die Ansteuerung der Versteller-Systems zur Richtungsänderung des im PLZ-Exzenter vorhandenen impliziten Planetenarms A wird erfindungsgemäß alternativ, statt durch ein Planetenrad-Getriebe, auch durch ein System mit Gerade-/Schrägverzahnung oder hydraulischem Schwenkmotor, etc., analog eines Nockenwellenversteller-Systems, a) direkt innerhalb des Außenzahnrades, oder b) direkt auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle mit Proportionalventil z. B. auf der KW montiert, oder c) innerhalb des PLZ-Exzenters mit Oszillation ca. 180° relativ zum HZ, Proportionalventil z. B. auf der K_W montiert, durchgeführt; hierbei entfällt das Planetengetriebe ganz. Das PLZ-Exzenterversteller-System erlaubt die vollvariable Richtungs- und Längensteuerung des PLZ-Exzenters. Die Steuerzuleitungen bei hydraulischer oder elektrischer Steuerung des Verstellers können dabei a) durch die Kurbelwelle hindurch, oder b) oder über einen Ölstrom-Bypass in der Kurbelwange/Kurbelzapfen, oder c) mittels Zuführung über ein System an jeder rotierenden Kurbelwange, durchgeführt werden.
Siebter unabhängiger Patentanspruch PLV-Triebwerk bestehend aus Energie-Wandler-Systemen. PLV-Triebwerk bestehend aus Energie-Wandler-Systemen, ist dadurch gekennzeichnet, dass 4-/8-Takt-Hubkolben-Verbrennungsmotoren, oder Hubkolben-Kompressoren, oder Hubkolben-Pumpen, oder Hubkolben-Feldkraftmaschinen oder klassische Kurbeltriebe durch dieses PLV-Triebwerk betrieben werden, womit die Effizienz bzw. der Wandlungs-Wirkungsgrad mechanisch und thermodynamisch erheblich gesteigert wird. Die Herstellung des PLV-Triebwerks kann in Makro-, Mikro- bis Nano-Technologie erfolgen.